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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-11
(45)【発行日】2024-11-19
(54)【発明の名称】アクチュエータ及びインクジェットヘッド
(51)【国際特許分類】
B41J 2/14 20060101AFI20241112BHJP
【ＦＩ】
B41J2/14 301
B41J2/14 613
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2020164777
(22)【出願日】2020-09-30
(65)【公開番号】P2022056825
(43)【公開日】2022-04-11
【審査請求日】2023-08-10
(73)【特許権者】
【識別番号】000001270
【氏名又は名称】コニカミノルタ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001254
【氏名又は名称】弁理士法人光陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼橋 弘典
【審査官】高松 大治
(56)【参考文献】
【文献】特開２００９－０４５８７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第００／０７１３４５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１７－１１８６１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１２４８８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０６１７２９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ４１Ｊ ２／０１－２／２１５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の主面と第２の主面を有する圧電体層と、前記圧電体層の前記第１の主面及び前記第２の主面にそれぞれ配置された第１の電極及び第２の電極と、前記第２の電極の前記圧電体層とは反対側に配置された振動板とを備えるアクチュエータであって、前記振動板が、互いに異なる材料から構成される少なくとも３つの層が厚さ方向に積層されてなり、かつ
前記振動板において前記各層を構成する材料のヤング率が、前記第２の電極に近い側の層から遠い側の層に向かって順に高くなるように構成され、前記３つの層を、前記圧電体層の前記第２の主面から前記圧電体層に遠い側の層に向かって、第１層、第２層、及び第３層とし、前記第１層を構成する材料のヤング率をＹ ４１ａ 、前記第２層を構成する材料のヤング率をＹ ４２ａ 、及び前記第３層を構成する材料のヤング率をＹ ４３ａ とした場合に、前記ヤング率Ｙ ４１ａ 、Ｙ ４２ａ 及びＹ ４３ａ が、下記（１ａ－２）～（１ａ－４）の関係を満たすことを特徴とするアクチュエータ。
（１ａ－２）１０ＧＰａ≦Ｙ ４１ａ
（１ａ－３）１．０５≦Ｙ ４２ａ ／Ｙ ４１ａ ≦４．０
（１ａ－４）１．０５≦Ｙ ４３ａ ／Ｙ ４２ａ ≦４．０
【請求項2】
第１の主面と第２の主面を有する圧電体層と、前記圧電体層の前記第１の主面に配置された第１の電極と、前記圧電体層の前記第２の主面に配置された振動板とを備えるアクチュエータであって、前記振動板は、前記圧電体層の前記第２の主面に配置された導体層と、前記導体層の前記圧電体層とは反対側に厚さ方向に積層された、前記導体層を構成する材料とはそれぞれ異なる材料から構成される少なくとも３つの層を有し、
前記振動板において前記導体層及び前記各層を構成する材料のヤング率が、前記導体層から前記圧電体層に遠い側の層に向かって順に高くなるように構成され、前記導体層及び前記３つの層を、前記圧電体層の前記第２の主面から前記圧電体層に遠い側の層に向かって、第１層、第２層、第３層、及び第４層として、前記第１層を構成する材料のヤング率をＹ ４１ｂ 、前記第２層を構成する材料のヤング率をＹ ４２ｂ 、前記第３層を構成する材料のヤング率をＹ ４３ｂ 、前記第４層を構成する材料のヤング率をＹ ４４ｂ とした場合に、前記ヤング率Ｙ ４１ｂ 、Ｙ ４２ｂ 、Ｙ ４３ｂ 、及びＹ ４４ｂ が、下記（２ｂ－２）～（２ｂ－５）の関係を満たすことを特徴とするアクチュエータ。
（２ｂ－２）１０ＧＰａ≦Ｙ ４１ｂ
（２ｂ－３）１．０５≦Ｙ ４２ｂ ／Ｙ ４１ｂ ≦４．０
（２ｂ－４）１．０５≦Ｙ ４３ｂ ／Ｙ ４２ｂ ≦４．０
（２ｂ－５）１．０５≦Ｙ ４４ｂ ／Ｙ ４３ｂ ≦４．０
【請求項3】
前記振動板の前記圧電体層に最も近い層を構成する材料が、前記圧電体層における還元反応を抑制する材料であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項4】
前記還元反応を抑制する材料が、標準電極電位が－０．１２６Ｖよりも大きい金属、又は前記金属を含有する導電性材料であることを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項5】
前記還元反応を抑制する材料が、白金、イリジウム、パラジウム、ロジウム及びルテニウムから選ばれる白金族金属、又は前記白金族金属を含有する導電性材料であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のアクチュエータ。
【請求項6】
前記振動板の前記圧電体層から最も遠い層を構成する材料が、主としてクロム又はニッケルであることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のアクチュエータ。
【請求項7】
請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載のアクチュエータと、インクが充填され、前記アクチュエータが駆動されることにより前記インクの圧力が変化する圧力室と、
前記アクチュエータが駆動されることにより前記圧力室に充填された前記インクを吐出するノズルと、を備える、
ことを特徴とするインクジェットヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アクチュエータ及びインクジェットヘッドに関する。より詳しくは、本発明は、圧電体の変位を効率よく伝達できるアクチュエータ及びそれを用いたインクジェットヘッドに関する。
【背景技術】
【0002】
インクジェット装置は、インクジェットヘッドからインクを吐出することにより、被印刷面に印字や描画を行う装置である。インクジェット装置に搭載されるインクジェットヘッドは、インクを充填するための圧力室と、圧力室にインクを導くための流路と、圧力室に繋がるノズルと、圧力室に充填されたインクに圧力を付与するアクチュエータとを備える。アクチュエータを駆動して圧力室内の圧力を高めることにより、圧力室に充填されたインクがノズルから吐出される。
【0003】
アクチュエータは、例えば、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換し、あるいは電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する圧電体をその厚さ方向に２つの電極で挟んでなる積層体である圧電体素子と、圧電体素子で発生した機械的変位を有効にインクに伝えるために設けた振動板を有する構成である。アクチュエータは、例えば、圧力室に対してノズルと反対側に設けられ、圧電体に電圧を印加し振動板が変形することに伴い圧力室の体積が減少することで、圧力室内の圧力が高められノズルからインクが吐出される機構となっている。
【0004】
近年、インクジェットヘッドに対する小型化、高密度化の要求により、アクチュエータにおいても小型化が求められ、圧電体素子の変位を振動板に効率よく伝達し変形させる設計が求められるようになった。このような要求に応えるために、例えば、特許文献１では、振動板を膜厚方向に異なる材料で複数積層させるとともに、振動板のインクと接する部分と圧力室部材の主成分を同一材料とする構成を採用している。しかしながら、さらなる変位伝達の効率化が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２００９－２１５４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、上記問題・状況に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、圧電体の変位を効率よく伝達できるアクチュエータを提供することである。また、当該アクチュエータを用いた効率よくインクの吐出が行えるインクジェットヘッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明者は、上記課題を解決すべく、上記問題の原因等について検討する過程において、圧電体層の変位を伝える振動板を３層以上の構成とし、さらにこれらの各層を構成する材料のヤング率が圧電体層から遠ざかるにつれて大きくなる構成とすることで、圧電体の変位を効率よく伝達できること見出し本発明に至った。すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
【0008】
１．第１の主面と第２の主面を有する圧電体層と、前記圧電体層の前記第１の主面及び前記第２の主面にそれぞれ配置された第１の電極及び第２の電極と、前記第２の電極の前記圧電体層とは反対側に配置された振動板とを備えるアクチュエータであって、
前記振動板が、互いに異なる材料から構成される少なくとも３つの層が厚さ方向に積層されてなり、かつ
前記振動板において前記各層を構成する材料のヤング率が、前記第２の電極に近い側の層から遠い側の層に向かって順に高くなるように構成され、前記３つの層を、前記圧電体層の前記第２の主面から前記圧電体層に遠い側の層に向かって、第１層、第２層、及び第３層とし、前記第１層を構成する材料のヤング率をＹ ４１ａ 、前記第２層を構成する材料のヤング率をＹ ４２ａ 、及び前記第３層を構成する材料のヤング率をＹ ４３ａ とした場合に、前記ヤング率Ｙ ４１ａ 、Ｙ ４２ａ 及びＹ ４３ａ が、下記（１ａ－２）～（１ａ－４）の関係を満たすことを特徴とするアクチュエータ。
（１ａ－２）１０ＧＰａ≦Ｙ ４１ａ
（１ａ－３）１．０５≦Ｙ ４２ａ ／Ｙ ４１ａ ≦４．０
（１ａ－４）１．０５≦Ｙ ４３ａ ／Ｙ ４２ａ ≦４．０
前記振動板が、互いに異なる材料から構成される少なくとも３つの層が厚さ方向に積層されてなり、かつ
前記振動板において前記各層を構成する材料のヤング率が、前記第２の電極に近い側の層から遠い側の層に向かって順に高くなるように構成され、前記３つの層を、前記圧電体層の前記第２の主面から前記圧電体層に遠い側の層に向かって、第１層、第２層、及び第３層とし、前記第１層を構成する材料のヤング率をＹ ４１ａ 、前記第２層を構成する材料のヤング率をＹ ４２ａ 、及び前記第３層を構成する材料のヤング率をＹ ４３ａ とした場合に、前記ヤング率Ｙ ４１ａ 、Ｙ ４２ａ 及びＹ ４３ａ が、下記（１ａ－２）～（１ａ－４）の関係を満たすことを特徴とするアクチュエータ。
（１ａ－２）１０ＧＰａ≦Ｙ ４１ａ
（１ａ－３）１．０５≦Ｙ ４２ａ ／Ｙ ４１ａ ≦４．０
（１ａ－４）１．０５≦Ｙ ４３ａ ／Ｙ ４２ａ ≦４．０
【0009】
２．第１の主面と第２の主面を有する圧電体層と、前記圧電体層の前記第１の主面に配置された第１の電極と、前記圧電体層の前記第２の主面に配置された、振動板とを備えるアクチュエータであって、
前記振動板は、前記圧電体層の前記第２の主面に配置された導体層と、前記導体層の前記圧電体層とは反対側に厚さ方向に積層された、前記導体層を構成する材料とはそれぞれ異なる材料から構成される少なくとも３つの層を有し、
前記振動板において前記導体層及び前記各層を構成する材料のヤング率が、前記導体層から前記圧電体層に遠い側の層に向かって順に高くなるように構成され、前記導体層及び前記３つの層を、前記圧電体層の前記第２の主面から前記圧電体層に遠い側の層に向かって、第１層、第２層、第３層、及び第４層として、前記第１層を構成する材料のヤング率をＹ ４１ｂ 、前記第２層を構成する材料のヤング率をＹ ４２ｂ 、前記第３層を構成する材料のヤング率をＹ ４３ｂ 、前記第４層を構成する材料のヤング率をＹ ４４ｂ とした場合に、前記ヤング率Ｙ ４１ｂ 、Ｙ ４２ｂ 、Ｙ ４３ｂ 、及びＹ ４４ｂ が、下記（２ｂ－２）～（２ｂ－５）の関係を満たすことを特徴とするアクチュエータ。
（２ｂ－２）１０ＧＰａ≦Ｙ ４１ｂ
（２ｂ－３）１．０５≦Ｙ ４２ｂ ／Ｙ ４１ｂ ≦４．０
（２ｂ－４）１．０５≦Ｙ ４３ｂ ／Ｙ ４２ｂ ≦４．０
（２ｂ－５）１．０５≦Ｙ ４４ｂ ／Ｙ ４３ｂ ≦４．０
前記振動板は、前記圧電体層の前記第２の主面に配置された導体層と、前記導体層の前記圧電体層とは反対側に厚さ方向に積層された、前記導体層を構成する材料とはそれぞれ異なる材料から構成される少なくとも３つの層を有し、
前記振動板において前記導体層及び前記各層を構成する材料のヤング率が、前記導体層から前記圧電体層に遠い側の層に向かって順に高くなるように構成され、前記導体層及び前記３つの層を、前記圧電体層の前記第２の主面から前記圧電体層に遠い側の層に向かって、第１層、第２層、第３層、及び第４層として、前記第１層を構成する材料のヤング率をＹ ４１ｂ 、前記第２層を構成する材料のヤング率をＹ ４２ｂ 、前記第３層を構成する材料のヤング率をＹ ４３ｂ 、前記第４層を構成する材料のヤング率をＹ ４４ｂ とした場合に、前記ヤング率Ｙ ４１ｂ 、Ｙ ４２ｂ 、Ｙ ４３ｂ 、及びＹ ４４ｂ が、下記（２ｂ－２）～（２ｂ－５）の関係を満たすことを特徴とするアクチュエータ。
（２ｂ－２）１０ＧＰａ≦Ｙ ４１ｂ
（２ｂ－３）１．０５≦Ｙ ４２ｂ ／Ｙ ４１ｂ ≦４．０
（２ｂ－４）１．０５≦Ｙ ４３ｂ ／Ｙ ４２ｂ ≦４．０
（２ｂ－５）１．０５≦Ｙ ４４ｂ ／Ｙ ４３ｂ ≦４．０
【0010】
３．前記振動板の前記圧電体層に最も近い層を構成する材料が、前記圧電体層における還元反応を抑制する材料であることを特徴とする第１項又は第２項に記載のアクチュエータ。
【0011】
４．前記還元反応を抑制する材料が、標準電極電位が－０．１２６Ｖよりも大きい金属、又は前記金属を含有する導電性材料であることを特徴とする第３項に記載のアクチュエータ。
【0012】
５．前記還元反応を抑制する材料が、白金、イリジウム、パラジウム、ロジウム及びルテニウムから選ばれる白金族金属、又は前記白金族金属を含有する導電性材料であることを特徴とする第３項又は第４項に記載のアクチュエータ。
【0013】
６．前記振動板の前記圧電体層から最も遠い層を構成する材料が、主としてクロム又はニッケルであることを特徴とする第１項から第５項までのいずれか一項に記載のアクチュエータ。
【0014】
７．第１項から第６項までのいずれか一項に記載のアクチュエータと、
インクが充填され、前記アクチュエータが駆動されることにより前記インクの圧力が変化する圧力室と、
前記アクチュエータが駆動されることにより前記圧力室に充填された前記インクを吐出するノズルと、を備える、
ことを特徴とするインクジェットヘッド。
インクが充填され、前記アクチュエータが駆動されることにより前記インクの圧力が変化する圧力室と、
前記アクチュエータが駆動されることにより前記圧力室に充填された前記インクを吐出するノズルと、を備える、
ことを特徴とするインクジェットヘッド。
【0015】
以下の説明において、上記１．で規定される本発明のアクチュエータを、本発明の第１の態様のアクチュエータといい、上記２．で規定される本発明のアクチュエータを、本発明の第２の態様のアクチュエータという。
【発明の効果】
【0016】
本発明の上記手段により、圧電体の変位を効率よく伝達できるアクチュエータを提供することができる。また、当該アクチュエータを用いた効率よくインクの吐出が行えるインクジェットヘッドを提供することができる。本発明の効果の発現機構ないし作用機構については、材料力学的考察から、以下のように推察している。
【0017】
本発明の第１の態様のアクチュエータは、１対の電極に挟持された圧電体層と、当該電極の一方の電極の圧電体層と反対側に少なくとも３層からなる振動板を有する構成である。本発明の第２の態様のアクチュエータは、圧電体層とその一方の主面に位置する電極と、他方の主面に位置する振動板を有し、当該振動板は圧電体層側から導体層と２層以上の層が積層されてなる少なくとも３層からなる振動板である。
【0018】
本発明のアクチュエータにおいては、振動板が３層以上の積層構造を有しており、各層を構成する材料のヤング率は、圧電体層に近い側から遠い側に向かって順に大きくなるように設計されている。
【0019】
たわみが生じた際の振動板の変位量δは、圧電体の発生する変形力Ｆと、振動板中の圧電体／振動板界面からの厚さ方向における距離Ｌに存在する中立面のＬに対し、δ∝Ｆ×Ｌが成り立つから、一定の変形力Ｆに対し、Ｌをより大きく設けることで大きなδを得ることができる。
【0020】
Ｌは一般的にｉ層目のヤング率と、累積膜厚をＥｉ、ｈｉとそれぞれ置いた際に下記式となることから、ｉが大きい層においてＥｉを高く設定するのが好ましい。
Ｌ＝ΣＥｉ（ｈｉ ２－ｈｉ－１ ２）／２×ΣＥｉ（ｈｉ－ｈｉ－１）
Ｌ＝ΣＥｉ（ｈｉ ２－ｈｉ－１ ２）／２×ΣＥｉ（ｈｉ－ｈｉ－１）
【0021】
さらに、現実的には振動板変形に伴い、発生力の損失が存在するため伸縮しづらい仮想面が圧電素子に近い領域に局在するのを避けるのが好ましいため、ｉが漸増するに従いＥｉが一貫して増大するのが好ましい。従って、３層以上の構成とし、圧電体／振動板界面から離れるにしたがってヤング率を増大させる構成が、もっとも。圧電体層の変位を振動板が効率よく伝達できる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明の第１の態様のアクチュエータの実施形態の一例を示す断面図
【図2】本発明の第１の態様のアクチュエータの実施形態の変形例を示す断面図
【図4】本発明の第２の態様のアクチュエータの実施形態の一例を示す断面図
【図5】本発明の第２の態様のアクチュエータの実施形態の変形例を示す断面図
【図6】本発明のインクジェットヘッドの実施形態の一例の上面図
【発明を実施するための形態】
【0023】
本発明の第１の態様のアクチュエータは、第１の主面と第２の主面を有する圧電体層と、前記圧電体層の前記第１の主面及び前記第２の主面にそれぞれ配置された第１の電極及び第２の電極と、前記第２の電極の前記圧電体層とは反対側に配置された振動板とを備えるアクチュエータであって、前記振動板が、互いに異なる材料から構成される少なくとも３つの層が厚さ方向に積層されてなり、かつ前記振動板において前記各層を構成する材料のヤング率が、前記第２の電極に近い側の層から遠い側の層に向かって順に高くなることを特徴とする。
【0024】
本発明の第２の態様のアクチュエータは、第１の主面と第２の主面を有する圧電体層と、前記圧電体層の前記第１の主面に配置された第１の電極と、前記圧電体層の前記第２の主面に配置された振動板とを備えるアクチュエータであって、前記振動板は、前記圧電体層の前記第２の主面に配置された導体層と、前記導体層の前記圧電体層とは反対側に厚さ方向に積層された、前記導体層を構成する材料とはそれぞれ異なる材料から構成される少なくとも２つの層を有し、前記振動板において前記導体層及び前記各層を構成する材料のヤング率が、前記導体層から前記圧電体層に遠い側の層に向かって順に高くなることを特徴とする。
【0025】
以下の説明において、「本発明のアクチュエータ」という場合は、本発明の第１の態様のアクチュエータ及び第２の態様のアクチュエータの両方を含む。下記各実施形態は、本発明の第１の態様のアクチュエータ及び第２の態様のアクチュエータに共通する実施形態である。
【0026】
本発明のアクチュエータの実施態様としては、圧電体層を保護する観点から、前記振動板の前記圧電体層に最も近い層を構成する材料が、前記圧電体層における還元反応を抑制する材料であることであることが好ましい。当該実施態様において、前記還元反応を抑制する材料は、標準電極電位が－０．１２６Ｖよりも大きい金属、又は前記金属を含有する導電性材料であることが好ましい。さらに、上記実施態様において、前記還元反応を抑制する材料は、白金、イリジウム、パラジウム、ロジウム及びルテニウムから選ばれる白金族金属、又は前記白金族金属を含有する導電性材料であることが好ましい。
【0027】
本発明のアクチュエータの実施態様としては、前記圧電体層が、主としてチタン酸ジルコン酸鉛から構成されることが好ましい。圧電体層が主としてチタン酸ジルコン酸鉛で構成されることで、圧電体層の薄膜化が可能となるとともに、良好な変位効率が得られる。
【0028】
圧電体層が主としてチタン酸ジルコン酸鉛を含む場合に、チタン酸ジルコン酸鉛が還元モードでの劣化が顕著であることが知られている。したがって、圧電体層が主としてチタン酸ジルコン酸鉛を含む場合には特に、前記振動板の前記圧電体層に最も近い層を構成する材料の標準電極電位が－０．１２６Ｖよりも大きい材料であり、より酸化されにくい材料であることが好ましい。具体的には、上記金属、特に白金族金属又はこのような金属を含有する導電性材料で構成されることが好ましい。
【0029】
振動板の上記構成により、前記圧電体層に含有される酸素が、界面間移動・層間拡散によって、より酸化されやすい振動板の前記圧電体に最も近い層に補足され、同時に前記圧電体が還元され劣化すること、つまり、振動板の構成材料による圧電体層からの酸素の引き抜きを防ぐことができ、駆動にともなう経時劣化から圧電体層を十分に保護できる。
【0030】
本発明のアクチュエータの実施態様としては、前記振動板の前記圧電体層から最も遠い層を構成する材料が、主としてクロム又はニッケルであることが好ましい。振動板をこのような構成とすることで、本発明のアクチュエータを、例えば、インクジェットヘッドとしたときに、アクチュエータに連結されるインクを収容する圧力室の形成が容易となり、かつ高精度化において優れる利点を有する。
【0031】
本発明のインクジェットヘッドは、上記本発明のアクチュエータと、インクが充填され、前記アクチュエータが駆動されることにより前記インクの圧力が変化する圧力室と、前記アクチュエータが駆動されることにより前記圧力室に充填された前記インクを吐出するノズルと、を備える、ことを特徴とする。
【0032】
以下、本発明とその構成要素、及び本発明を実施するための形態・態様について詳細な説明をする。なお、本願において、「～」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用する。
【0033】
［第１の態様のアクチュエータ］
本発明の第１の態様のアクチュエータは、第１の主面と第２の主面を有する圧電体層と、前記圧電体層の前記第１の主面及び前記第２の主面にそれぞれ配置された第１の電極及び第２の電極と、前記第２の電極の前記圧電体層とは反対側に配置された振動板とを備えるアクチュエータであり、前記振動板が、互いに異なる材料から構成される少なくとも３つの層が厚さ方向に積層されてなり、かつ前記振動板において前記各層を構成する材料のヤング率が、前記第２の電極に近い側の層から遠い側の層に向かって順に高くなることを特徴とする。
本発明の第１の態様のアクチュエータは、第１の主面と第２の主面を有する圧電体層と、前記圧電体層の前記第１の主面及び前記第２の主面にそれぞれ配置された第１の電極及び第２の電極と、前記第２の電極の前記圧電体層とは反対側に配置された振動板とを備えるアクチュエータであり、前記振動板が、互いに異なる材料から構成される少なくとも３つの層が厚さ方向に積層されてなり、かつ前記振動板において前記各層を構成する材料のヤング率が、前記第２の電極に近い側の層から遠い側の層に向かって順に高くなることを特徴とする。
【0034】
第１の態様のアクチュエータの振動板において、各層を構成する材料は、金属のように単独の元素からなってもよく、２種以上の元素を有する合金や化合物であってもよく、これらの組み合わせであってもよい。また、各層を構成する材料は、同じ元素で構成されていても、密度や結晶構造が異なる場合は、異なる材料とみなす。
【0035】
第１の態様のアクチュエータは、上記構成により、第１及び第２の電極から供給される電気エネルギーにより圧電体層で発生した機械的変位を、振動板を介して有効に伝播するものである。機械的変位を伝播する対象は、特に制限されないが、例えば、インクが挙げられる。本発明の第１の態様のアクチュエータは、具体的には、被印刷面に印字や描画を行うためにインクジェットヘッドからインクを吐出する用途に有効に用いられる。インクジェットヘッドにおいて、インクはノズルに繋がる圧力室に充填される。圧力室は、例えば、壁面の一部がアクチュエータで構成され、印刷時には、アクチュエータを駆動して圧力室内の圧力を高めることにより、圧力室からインクがノズルを介して外部へ吐出される機構である。
【0036】
第１の態様のアクチュエータは、上記第１の電極、圧電体層、第２の電極、及び振動板以外に、必要に応じて任意の部材を有してもよい。任意の部材としては、例えば、第１の電極の圧電体層とは反対側の主面に第１の電極を絶縁保護する目的で配置される絶縁保護層、ガスバリア層等が挙げられる。
【0037】
以下、図１、図２、図３Ａ及び図３Ｂを参照して第１の態様のアクチュエータを説明するが、第１の態様のアクチュエータはこれらに限定されるものではない。これらの図で示した第１の態様のアクチュエータは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。図１及び図２は、本発明の第１の態様のアクチュエータの実施形態の一例及び変形例を示す断面図である。図３Ａ及び図３Ｂは、基板に設置された図１に示すアクチュエータの動作を模式的に示す平面図及び断面図である。
【0038】
図１に示すアクチュエータ１１Ａは、第１の主面Ｓ１と第２の主面Ｓ２を有する圧電体層１と、圧電体層１の第１の主面Ｓ１及び第２の主面Ｓ２にそれぞれ配置された第１の電極２及び第２の電極３を有する。アクチュエータ１１Ａは、第２の電極３の圧電体層１とは反対側に振動板４Ａを有する。
【0039】
振動板４Ａは、第２の電極３側から第１層４１ａ、第２層４２ａ、及び第３層４３ａが厚さ方向に積層されてなる。第１層４１ａ、第２層４２ａ、及び第３層４３ａをそれぞれ構成する材料は互いに異なる。
【0040】
振動板４Ａにおいて、第１層４１ａを構成する材料のヤング率をＹ４１ａ、第２層４２ａを構成する材料のヤング率をＹ４２ａ、第３層４３ａを構成する材料のヤング率をＹ４３ａとすると、Ｙ４１ａ、Ｙ４２ａ及びＹ４３ａの間には以下の関係が成り立つ。
Ｙ４１ａ＜Ｙ４２ａ＜Ｙ４３ａ
Ｙ４１ａ＜Ｙ４２ａ＜Ｙ４３ａ
【0041】
図２に示すアクチュエータ１１Ｂは、第１の電極２の圧電体層１とは反対側の主面に絶縁保護層５を備え、振動板が３層構成の振動板４Ａに替わって４層で構成される振動板４Ｂからなる以外は、図１に示すアクチュエータ１１Ａと同じ構成である。
【0042】
アクチュエータ１１Ｂでは、振動板４Ｂは、第２の電極３側から第１層４１ａ、第２層４２ａ、第３層４３ａ及び第４層４４ａが厚さ方向に積層されてなる。振動板４Ｂにおいて、第１層４１ａを構成する材料のヤング率をＹ４１ａ、第２層４２ａを構成する材料のヤング率をＹ４２ａ、第３層４３ａを構成する材料のヤング率をＹ４３ａ、第４層４４ａを構成する材料のヤング率をＹ４４ａとすると、Ｙ４１ａ、Ｙ４２ａ、Ｙ４３ａ及びＹ４４ａの間には以下の関係が成り立つ。
Ｙ４１ａ＜Ｙ４２ａ＜Ｙ４３ａ＜Ｙ４４ａ
Ｙ４１ａ＜Ｙ４２ａ＜Ｙ４３ａ＜Ｙ４４ａ
【0043】
図３Ａ及び図３Ｂは、基板６上に設置されたアクチュエータ１１Ａの動作を模式的に示す図である。図３Ａは平面図であり、図３Ｂは図３ＡのＸ－Ｘ線断面図である。アクチュエータ１１Ａを搭載する基板６は、例えば、平面形状が矩形の板状体であり、中央に円柱状の貫通部７を有する形態である。アクチュエータ１１Ａは、例えば、第２の電極３及び振動板４Ａは、平面形状が基板６の外周と同寸同形の矩形であり、圧電体層１及び第１の電極２は、平面形状が基板６の貫通部７の外周より小さい円形である。図３Ａ及び図３Ｂでは、アクチュエータ１１Ａは、圧電体層１及び第１の電極２の外周は貫通部７の外周の内側に位置する構成である。
【0044】
アクチュエータ１１Ａの第１の電極２及び第２の電極３は、駆動回路８に接続されている。アクチュエータ１１Ａは、駆動回路８から第１の電極２及び第２の電極３に印加される電圧（駆動信号）に基づいて駆動される。具体的には、駆動回路８による電圧の印加により、第１の電極２及び第２の電極３との間に電位差を付与すると、圧電体層１が、第１の電極２と第２の電極３との電位差に応じて、厚さ方向に垂直な方向、すなわち第１の主面Ｓ１及び第２の主面Ｓ２に平行な方向、に伸縮する。当該伸縮に伴い圧電体層１が厚さ方向に変位しようとする。
【0045】
そして、振動板４Ａの基板６の貫通部７を臨む部分に曲率が生じるようにして、振動板４Ａの貫通部７を臨む部分が貫通部７側に変位（湾曲、振動）する。この振動板４Ａの変位により、貫通部７の体積が減少する。本発明のアクチュエータを、例えば、インクジェットヘッドに適用する場合、図３Ａ及び図３Ｂに示す基板６の貫通部７を圧力室としてインクを収容し、さらに、基板６に、圧力室の振動板４Ａとは反対側にノズルを有する基板を接合する。当該構成のインクジェットヘッドでは、上述した振動板４Ａの振動が圧力室内のインクに伝播され、インクがノズルからインク滴として外部に吐出される。
【0046】
アクチュエータ１１Ａ及びアクチュエータ１１Ｂにおいては、振動板を厚さ方向に３層以上で構成し、各層のヤング率の関係が、それぞれＹ４１ａ＜Ｙ４２ａ＜Ｙ４３ａ及びＹ４１ａ＜Ｙ４２ａ＜Ｙ４３ａ＜Ｙ４４ａを満たす。これにより、圧電体層の中立面がより外側に設定されるため、より効率的なエネルギーの発生が得られる。すなわち、圧電体層の変位が振動板により効率よく伝達できるものである。
【0047】
以下、第１の態様のアクチュエータの各部材について詳細に説明する。
【0048】
（圧電体層）
圧電体層１は圧電体で構成される。圧電体としては、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）及びチタン酸ジルコン酸鉛（［Ｐｂ（Ｚｒ・Ｔｉ）Ｏ３］、以下「ＰＺＴ」ともいう。）に代表されるペロブスカイト型化合物を含むことが好ましく、主としてＰＺＴを含むことが好ましい。なお、ＰＺＴにおけるＺｒとＴｉの含有割合はモル比で、Ｚｒ／Ｔｉ＝３０／７０～７０／３０が好ましい。また、主としてＰＺＴを含むとは、圧電体の全量に対して、ＰＺＴが８５質量％以上であることをいう。
圧電体層１は圧電体で構成される。圧電体としては、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）及びチタン酸ジルコン酸鉛（［Ｐｂ（Ｚｒ・Ｔｉ）Ｏ３］、以下「ＰＺＴ」ともいう。）に代表されるペロブスカイト型化合物を含むことが好ましく、主としてＰＺＴを含むことが好ましい。なお、ＰＺＴにおけるＺｒとＴｉの含有割合はモル比で、Ｚｒ／Ｔｉ＝３０／７０～７０／３０が好ましい。また、主としてＰＺＴを含むとは、圧電体の全量に対して、ＰＺＴが８５質量％以上であることをいう。
【0049】
圧電体の性能を向上させつるために、ＰＺＴにドナーイオンを添加してもよく、ドナーイオンとしては、ランタン（Ｌａ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等の金属イオンが挙げられ、Ｌａ、Ｎｂ、Ｔａ、及びＷからなる群から選ばれる１種以上のイオンを含んでいることが好ましい。アクセプタイオンとしては、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）及びマンガン（Ｍｎ）からなる群から選ばれる１種以上の金属イオンを含んでいることが好ましい。
【0050】
圧電体層１は、単層からなってもよく、複数層からなってもよい。単層の場合であっても、複数層からなる場合であっても、圧電体層１は、ＰＺＴを主体とする層を含むことが好ましい。また、ＰＺＴを主体とする層と組み合わせる層として、チタン酸ランタン酸鉛（ＰＬＴ）、マグネシウムニオブ酸－チタン酸鉛（ＰＭＮ）、亜鉛ニオブ酸－チタン酸鉛（ＰＺＮ）等からなる層が挙げられる。
【0051】
圧電体層１の厚さは、第１の態様のアクチュエータの用途により適宜選択できる。例えば、第１の態様のアクチュエータをインクジェットヘッドに用いる場合には、圧電体層１の各層の厚さ及び合計厚さは、それぞれ１～１０μｍの範囲にあることが好ましい。圧電体層１の合計厚さが１μｍ以上であると、アクチュエータとした際に、振動板を十分に変位させることが可能であり、圧電体層１の各層の厚さ及び合計厚さが１０μｍ以下であれば、製膜時にクラックや膜剥がれ等の不具合が発生することが殆どない。
【0052】
圧電体層１の成膜方法としては、ＣＶＤ法などの化学的な方法、スパッタ法やイオンプレーティング法などの物理的な方法、及び、ゾルゲル法などの液相での成長法が挙げられる。
【0053】
圧電体層１の平面形状及び大きさ（面積）は特に制限されない。用途に応じて適宜選択できる。同じ面積であれば、駆動効率に有利な円形が好ましい。第１の態様のアクチュエータをインクジェットヘッドに用いる場合、インクの吐出量に応じて適宜設定される。
【0054】
（第１の電極）
アクチュエータ１１Ａ及びアクチュエータ１１Ｂにおいて、第１の電極２は、圧電体層１の第１の主面Ｓ１の全面に形成されている。第１の主面Ｓ１における第１の電極の配設範囲は、特に制限されないが、圧電体層１の全体を効率よく用いるために、通常、全面に第１の電極が配設される。
アクチュエータ１１Ａ及びアクチュエータ１１Ｂにおいて、第１の電極２は、圧電体層１の第１の主面Ｓ１の全面に形成されている。第１の主面Ｓ１における第１の電極の配設範囲は、特に制限されないが、圧電体層１の全体を効率よく用いるために、通常、全面に第１の電極が配設される。
【0055】
第１の電極２を構成する材料としては、導電材料であれば特に制限されない。具体的には、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、イリジウム（Ｉｒ）等の金属の１種以上を含む導電材料が挙げられる。導電材料は、これらの金属の１種又は２種以上を含む材料とすることができる。導電材料は、金属の混合物であってもよく、合金であってもよい。その場合、上記金属の少なくとも１種と他の金属の混合物又は合金であってもよい。
【0056】
導電材料は、酸化イリジウム（ＩｒＯ２）、酸化ルテニウム（ＲｕＯ２）、ニッケル酸ランタン（ＬａＮｉＯ３；ＬＮＯ）、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３；ＳＲＯ）等の金属酸化物の１種又は２種以上を含む材料であってもよい。
【0057】
導電材料には、ｐ型シリコンのように、ケイ素に、微量元素（リン、ホウ素等）をドープした材料が含まれる。導電材料は、炭素から構成される材料であってもよい。炭素から構成される材料としては、ホウ素等をドープし導電性を付与したダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン等が含まれる。
【0058】
第１の電極２は、単層からなってもよく、複数層からなってもよい。第１の電極２の厚さは０．００５～２μｍの範囲にあることが好ましい。第１の電極２が複数層からなる場合は、合計の厚さとして上記範囲にあることが好ましい。第１の電極２は、ＣＶＤ法などの化学的な方法、スパッタ法やイオンプレーティング法などの物理的な方法、及び、ゾルゲル法などの液相での成長法等で成膜できる。
【0059】
第１の電極２は、例えば、圧電体層１側に密着性の高い導電材料からなる層を有し、その上に導電性の高い層を有する２層の積層構成が好ましい。圧電体層１側の層としては、例えば、Ｔｉ層、Ｉｒ層等が挙げられる。また、密着性の層に積層される層としては、Ｐｔ層、Ａｕ層等が挙げられる。密着性の層の厚さは、例えば、０．００２～１μｍ程度が好ましく、その上に積層される層の厚さは、例えば、０．１～０．２μｍ程度が好ましい。
【0060】
（絶縁保護層）
第１の態様のアクチュエータにおいて、図２に示すアクチュエータ１１Ｂが有する絶縁保護層５は、第１の電極２の圧電体層１とは反対側に設けられる任意の層である。絶縁保護層５は、第１の電極２の主面の全体を被覆する構成が好ましい。絶縁保護層５は、必要に応じて、第１の電極２の端面も被覆する構成であってもよい。
第１の態様のアクチュエータにおいて、図２に示すアクチュエータ１１Ｂが有する絶縁保護層５は、第１の電極２の圧電体層１とは反対側に設けられる任意の層である。絶縁保護層５は、第１の電極２の主面の全体を被覆する構成が好ましい。絶縁保護層５は、必要に応じて、第１の電極２の端面も被覆する構成であってもよい。
【0061】
絶縁保護層５は、絶縁材料で構成される。絶縁材料としては、樹脂、セラミックス、ガラス等が挙げられ、これらを組み合わせて使用してもよい。樹脂として具体的には、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ナイロン樹脂、ウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。セラミックスとしては、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等金属酸化物およびこれらを含む混合物が挙げられる。
【0062】
絶縁保護層５は単層であっても複数層からなってもよい。絶縁保護層５の厚さは、合計の厚さとして、０．５～２．５μｍの範囲にあることが好ましい。絶縁保護層５は、樹脂層の場合、一般的な精密塗布技術のうち特に限定されず、例えば、スピンコート法で形成可能である。セラミックス層の場合、例えば、ゾルゲル法のほか、気相成膜法である蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法等で形成できる。
【0063】
（第２の電極）
アクチュエータ１１Ａ及びアクチュエータ１１Ｂにおいて、第２の電極３は、圧電体層１の第２の主面Ｓ２の全面を被覆し、電圧が印加された際の圧電体層１の変位が、それぞれ振動板４Ａ及び振動板４Ｂに伝播されるように形成される。第２の電極３の平面視の形状、大きさは、通常、圧電体層１の第２の主面Ｓ２の全面を被覆できる形状、大きさである。
アクチュエータ１１Ａ及びアクチュエータ１１Ｂにおいて、第２の電極３は、圧電体層１の第２の主面Ｓ２の全面を被覆し、電圧が印加された際の圧電体層１の変位が、それぞれ振動板４Ａ及び振動板４Ｂに伝播されるように形成される。第２の電極３の平面視の形状、大きさは、通常、圧電体層１の第２の主面Ｓ２の全面を被覆できる形状、大きさである。
【0064】
振動板４Ａ及び振動板４Ｂは、主面の面積が、例えば、圧電体層１の第２の主面Ｓ２の面積より大きく構成される。振動板４Ａ及び振動板４Ｂと圧電体層１の積層関係は、平面視で振動板４Ａ及び振動板４Ｂの外周の内側に圧電体層１の外周が位置するように積層される。第２の電極３の平面視の形状、大きさは、例えば、圧電体層１の第２の主面Ｓ２と同寸、同形であってもよい。また、第２の電極３は、平面視における外周が圧電体層１の第２の主面Ｓ２の外周を超えるように、平面視の面積が圧電体層１の第２の主面Ｓ２の面積より大きく構成あれてもよい。具体的には、第２の電極３は、平面視の形状、大きさが、振動板４Ａ及び振動板４Ｂの圧電体層１側の主面と同寸、同形程度に大きく構成されていてもよい。
【0065】
第２の電極３は第１の電極２と同様の導電材料で構成することができる。第２の電極３は、第１の電極２と同様に単層からなってもよく、複数層からなってもよい。第２の電極３の厚さは０．００５～２μｍの範囲にあることが好ましい。第２の電極３が複数層からなる場合の例としては、第１の電極２と同様の例が挙げられる。
【0066】
なお、第２の電極３の厚さは０．００５～３μｍの範囲にあることがより好ましい。第２の電極３のヤング率は、例えば、１５０～３００ＧＰａ未満の範囲にあることが好ましい。
【0067】
（振動板）
本発明の第１の態様のアクチュエータにおいて、振動板は、互いに異なる材料から構成される３以上の層が厚さ方向に積層され、各層を構成する材料のヤング率が、第２の電極に近い側の層から遠い側の層に向かって順に高くなる構成である。第１の態様のアクチュエータにおいて振動板を構成する層の数は、３以上であれば特に制限されず、用途に応じて適宜選択される。振動板を構成する層の数は、振動板全体の厚さ、各層の厚さとヤング率によるが、圧電体層の応力や複合ヤング率などの物性を調整することで変位を効率よく伝播するためには４以上が好ましい。
本発明の第１の態様のアクチュエータにおいて、振動板は、互いに異なる材料から構成される３以上の層が厚さ方向に積層され、各層を構成する材料のヤング率が、第２の電極に近い側の層から遠い側の層に向かって順に高くなる構成である。第１の態様のアクチュエータにおいて振動板を構成する層の数は、３以上であれば特に制限されず、用途に応じて適宜選択される。振動板を構成する層の数は、振動板全体の厚さ、各層の厚さとヤング率によるが、圧電体層の応力や複合ヤング率などの物性を調整することで変位を効率よく伝播するためには４以上が好ましい。
【0068】
振動板のヤング率は、各層を構成する材料のヤング率が、第２の電極に近い側の層から遠い側の層に向かって順に高くなる構成である。振動板の各単層のヤング率は、当該条件を満たした上で、それぞれ概ね１０～９００ＧＰａの範囲内にあるのが好ましく、６０～８００ＧＰａの範囲内にあるのがより好ましい。すなわち、第２の電極に最も近い層を構成する材料のヤング率の下限は１０ＧＰａが最も好ましく、実用的には高くても３００ＧＰａ未満が好ましい。また、第２の電極に最も遠い層を構成する材料のヤング率の上限は９００ＧＰａが好ましく、８００ＧＰａがより好ましい。また、振動板全体としてのヤング率の範囲は、概ね８０～７００ＧＰａとすることができる。
【0069】
振動板の厚さは、第１の態様のアクチュエータの用途及び振動板のヤング率等に応じて適宜調整される。第１の態様のアクチュエータをインクジェットヘッドに用いる場合、振動板の厚さは全体として、１．５～１２μｍの範囲内にあることが、変位効率を高めながら薄型化を達成する観点から好ましい。
【0070】
【0071】
アクチュエータ１１Ａの振動板４Ａにおいて、第１層４１ａ、第２層４２ａ及び第３層４３ａをそれぞれ構成する材料のヤング率Ｙ４１ａ、Ｙ４２ａ及びＹ４３ａは、以下の（１ａ－１）の関係を満たす。
（１ａ－１）Ｙ４１ａ＜Ｙ４２ａ＜Ｙ４３ａ
（１ａ－１）Ｙ４１ａ＜Ｙ４２ａ＜Ｙ４３ａ
【0072】
圧電体層１の変位の伝達効率（以下、「変位効率」ともいう。）を高める観点から、ヤング率Ｙ４１ａ、Ｙ４２ａ及びＹ４３ａは、上記（１ａ－１）を満たした上で、さらに、以下の（１ａ－２）～（１ａ－４）の関係のいずれかを満たすことが好ましく、２以上を満たすことがより好ましく、全てを満たすことがさらに好ましい。
【0073】
（１ａ－２）１０ＧＰａ≦Ｙ４１ａ
（１ａ－３）１．０５≦Ｙ４２ａ／Ｙ４１ａ≦４．０
（１ａ－４）１．０５≦Ｙ４３ａ／Ｙ４２ａ≦４．０
（１ａ－３）１．０５≦Ｙ４２ａ／Ｙ４１ａ≦４．０
（１ａ－４）１．０５≦Ｙ４３ａ／Ｙ４２ａ≦４．０
【0074】
（１ａ－２）において、第１層４１ａを構成する材料のヤング率Ｙ４１ａが１０ＧＰａ以上、好ましくは６０ＧＰａ以上であることで、振動板４Ａ全体のヤング率を高めることができ、振動板を駆動させる目的で、高い共振周波数を得ることができる点で好ましい。ヤング率Ｙ４１ａは、１００ＧＰａ以上がより好ましい。ヤング率Ｙ４１ａの上限は、上記（１ａ－１）を満たす観点から、３００ＧＰａ程度が好ましい。
【0075】
（１ａ－３）及び（１ａ－４）は、第１層４１ａ、第２層４２ａ及び第３層４３ａの順に、振動板４Ａを構成する層が第２の電極３から遠ざかるにしたがって、各層を構成する材料のヤング率がどの程度高くなるかを示す指標である。以下、第１層４１ａを構成する材料のヤング率Ｙ４１ａを「第１層４１ａのヤング率Ｙ４１ａ」ともいう。他の層についても同様の扱いとする。
【0076】
（１ａ－３）は、第１層４１ａのヤング率Ｙ４１ａに対する第２層４２ａのヤング率Ｙ４２ａの比の値「Ｙ４２ａ／Ｙ４１ａ」を規定するものである。Ｙ４２ａ／Ｙ４１ａが上記範囲にあることで、第１層４１ａと第２層４２ａとの間でヤング率は十分に増大し、かつ、（１ａ－１）の関係も満足でき好ましい。Ｙ４２ａ／Ｙ４１ａは、１．０５～１．８５の範囲内にあることがより好ましい。
【0077】
（１ａ－４）は、第２層４２ａのヤング率Ｙ４２ａに対する第３層４３ａのヤング率Ｙ４３ａの比の値「Ｙ４３ａ／Ｙ４２ａ」を規定するものである。Ｙ４３ａ／Ｙ４２ａが上記の下限値以上であることで第２層４２ａと第３層４３ａとの間でヤング率は十分に増大し好ましい。Ｙ４３ａ／Ｙ４２ａが上記の上限値以下であることで、総膜厚の好ましい範囲、例えば、１．５～１２μｍの範囲を満たしつつ、応力調整などの目的で積層数を増やす余地ができる点で好ましい。Ｙ４３ａ／Ｙ４２ａは、１．０５～２．０の範囲内にあることがより好ましい。
【0078】
また、Ｙ４２ａ／Ｙ４１ａとＹ４３ａ／Ｙ４２ａの関係は、（１ａ－５）Ｙ４２ａ／Ｙ４１ａ：Ｙ４３ａ／Ｙ４２ａとして１：１～１：２の範囲にあることが好ましい。Ｙ４２ａ／Ｙ４１ａ：Ｙ４３ａ／Ｙ４２ａが当該範囲にあることで、第１層から第３層に向かってヤング率は均等に近いかたちで増加する。
【0079】
上記（１ａ－１）を必須の要件として、（１ａ－２）～（１ａ－４）、さらに（１ａ－５）を勘案すると、具体的には、第１層４１ａのヤング率Ｙ４１ａは、６０～３００ＧＰａの範囲にあり、第２層４２ａのヤング率Ｙ４２ａは、６３～５５５ＧＰａの範囲にあり、第３層４３ａのヤング率Ｙ４３ａは、６６～９００ＧＰａの範囲にあることが好ましい。
【0080】
第１層４１ａのヤング率Ｙ４１ａは、１００～３００ＧＰａの範囲にあり、第２層４２ａのヤング率Ｙ４２ａは、１０５～５５５ＧＰａの範囲にあり、第３層４３ａのヤング率Ｙ４３ａは、１１０～９００ＧＰａの範囲にあることがより好ましい。
【0081】
振動板４Ａにおける第１層４１ａ、第２層４２ａ及び第３層４３ａの厚さをそれぞれＴ４１ａ、Ｔ４２ａ及びＴ４３ａで示す。アクチュエータ１１Ａをインクジェットヘッドに用いた場合を例にすると、変位効率を高めるために、例えば、Ｔ４１ａ、Ｔ４２ａ及びＴ４３ａはそれぞれ０．５～４μｍの範囲内にあることが好ましく、より好ましくは、０．５～３．５μｍの範囲内である。また、振動板４Ａの全体の厚さ、すなわち、Ｔ４１ａ＋Ｔ４２ａ＋Ｔ４３ａは、１．５～１２μｍの範囲内にあることが、変位効率を高めながら薄型化を達成する観点から好ましい。
【0082】
上記のとおり、振動板４Ａの第１層４１ａ、第２層４２ａ及び第３層４３ａを構成する材料は、それぞれ、金属のように単独の元素からなってもよく、２種以上の元素を有する合金や化合物であってもよく、これらの組み合わせであってもよい。また、各層を構成する材料は、同じ元素で構成されていても、密度や結晶構造が異なる場合は、異なる材料とみなす。
【0083】
振動板４Ａの第１層４１ａ、第２層４２ａ及び第３層４３ａをそれぞれ構成する材料としては、上記（１ａ－１）の関係を満足する限り、有機物であっても、無機物であってもよく、これらの複合物や混合物であってもよい。
【0084】
振動板４Ａの各層の構成材料として使用可能な無機物として、以下に金属と金属以外の無機物に分けて説明する。金属としては、アルミニウム、金、チタン、銅、白金、クロム、ニッケル、タングステン、ジルコニウム、銀、タンタル、オスミウム、ニオブ、モリブデン、鉄、コバルト、パラジウム、亜鉛、及びバナジウム等が挙げられる。金属はこれらから選ばれる２種以上の金属の合金であってもよく、混合物であってもよい。
【0085】
金属以外の無機物として、ケイ素、炭素、ホウ素、上記金属又はケイ素の窒化物、酸化物、酸窒化物、炭化物等が挙げられる。金属以外の無機物としては、さらに、ｐ型シリコンのように、ケイ素に、微量元素（リン、ホウ素等）をドープした材料が含まれる。炭素から構成される無機物としては、ホウ素等をドープし導電性を付与したダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン等が含まれる。
【0086】
上記の窒化物、酸化物、酸窒化物、炭化物が含有する金属は１種であっても、２種以上であってもよい。また、これらの窒化物、酸化物、酸窒化物、炭化物においては、化学量論比から外れる組成の化合物であってもよい。
【0087】
振動板４Ａの各層の構成材料として使用可能な有機物としては、各種樹脂が挙げられる。樹脂としてはポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ナイロン樹脂、ウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。
【0088】
振動板４Ａにおいて各層を構成する材料は、上記のとおり、同じ元素で構成されていても、密度や結晶構造が異なる場合は、ヤング率が異なる。例えば、金属の場合、ヤング率は密度や結晶構造に影響される。また、窒化物、酸化物、酸窒化物、炭化物では、化学量論比から外れる組成の化合物を含むものであり、その組成によりヤング率を変化させることが可能である。
【0089】
一般的に、無機物に比べて有機物のヤング率は低く、樹脂のヤング率は、概ね０．１～１０ＧＰａの範囲とされる。また、無機物について、典型的な製造方法で得られた場合のヤング率［ＧＰａ］を表Ｉに示す。表Ｉ中、ヤング率の値に幅があるものは、化学量論比以外の組成の化合物を含むもの、製造方法の違いにより密度が異なるもの等である。
【0090】
【表1】
【0091】
振動板４Ａの各層を構成する材料は、上記例示した材料のなかから、各層のヤング率の関係が上記（１ａ－１）を満たすように選択される。さらに好ましくは、上記（１ａ－２）～（１ａ－４）、さらには（１ａ－５）を満たすように選択される。各層の形成方法は、構成材料に応じて、ＣＶＤ法などの化学的な方法、スパッタ法やイオンプレーティング法などの物理的な方法、及び、ゾルゲル法などの液相での成長法等から適宜選択可能である。樹脂層の場合、例えば、スピンコート法、ディップ法、電着法等で形成可能である。
【0092】
振動板４Ａの各層を構成する材料のヤング率以外の特性として、第１層４１ａを構成する材料は、以下の（Ａ）の特性を有することが好ましい。
【0093】
（Ａ）；振動板４Ａにおける第１層４１ａを構成する材料は、圧電体層１における還元反応、具体的には、圧電体層１と第１層４１ａ自身との界面における還元反応を抑制する材料であることが好ましい。
【0094】
より具体的には、還元反応を抑制する材料は、標準電極電位が－０．１２６Ｖよりも大きい金属、又は当該金属を含有する導電性材料であることが好ましい。さらに、上記還元反応を抑制する材料は、白金、イリジウム、パラジウム、ロジウム及びルテニウムから選ばれる白金族金属、又は当該白金族金属を含有する導電性材料であることが好ましい。この場合、標準電極電位が－０．１２６Ｖよりも大きい金属又は白金族金属において、１種が単独で用いられてもよく２種以上が併用されてもよい。２種以上が併用される場合は混合物であってもよく、合金であってもよい。
【0095】
金属を含有する材料を用いる場合において、このような、還元反応を抑制する材料としては、例えば、圧電体層１が主としてＰＺＴから構成される場合、標準電極電位が、チタン（－１．６３０Ｖ）及びジルコニウム（－１．５３４Ｖ）、さらには、鉛（－０．２１６Ｖ）より大きい金属元素を含む材料が好ましい。
【0096】
このような材料として、具体的には、Ｃｒ（－０．７４０Ｖ）、Ｎｉ（－０．２５７Ｖ）、Ｃｕ（＋０．３４０Ｖ）、Ａｇ（＋０．７９９Ｖ）、Ｐｄ（＋０．９１５Ｖ）、Ｉｒ（＋１．１５６Ｖ）、Ｐｔ（＋１．１８８Ｖ）、Ａｕ（＋１．５１０Ｖ）等が好ましい。上記において、材料名の後ろの括弧内の数値は標準電極電位を示す。
【0097】
さらに、圧電体層１と直接に接する第１層４１aを構成する材料は、その膜中を酸素が拡散しにくい白金族金属であることがより好ましい。白金族金属にふくまれる元素とその標準電極電位は、ルテニウム（＋０．４６０Ｖ）、ロジウム（＋０．９００Ｖ）、パラジウム（＋０．９１５Ｖ）、イリジウム（＋１．１５６Ｖ）、白金（＋１．１８８Ｖ）である。これらは上述のように酸素の膜中拡散が生じづらいことに加え、圧電体層１と第１層４１ａ自身との界面における還元反応を抑制することから、より好ましい。
【0098】
また、振動板４Ａの各層を構成する材料のヤング率以外の特性として、圧電体層１から最も遠い層、すなわち、第３層４３ａを構成する材料は、主としてクロム又はニッケルであることが好ましい。例えば、第１の態様のアクチュエータをインクジェットヘッドに適用する場合、後述のように振動板の圧電体層１から最も遠い層が、インクが収容される圧力室に面する構成となる。その場合、振動板の圧電体層１から最も遠い層を構成する材料と、圧力室の隔壁（例えば、後述する図６～図８に示す本体基板５１）を構成する材料は密着性が良好であることが好ましい。そのために、圧力室の隔壁を構成する材料と、振動板の圧電体層１から最も遠い層を構成する材料が、共通の成分を主成分とすることで両者の密着性を向上させることができる。
【0099】
インクジェットヘッドの圧力室の隔壁は、典型的にはクロム又はニッケル等の主成分とする合金を用いてメッキにより形成される。したがって、振動板４Ａにおいて、第３層４３ａを構成する材料は、主としてクロム又はニッケルであれば、インクジェットヘッドの圧力室の隔壁との密着性が良好となる。なお、インクジェットヘッドの圧力室の隔壁と、振動板４Ａの第３層４３ａにおいて、主として含む金属を同じ金属とすることが好ましい。
【0100】
振動板４Ａの各層の構成の組み合わせとして、具体的には、以下の表IIに示す組み合わせが挙げられる。これら各材料は、組成や製造の方法によりヤング率は調整可能であるほか、各層に求められるヤング率の値は相対関係で規定される。従ってこの例示は、各層において用いられる材料を網羅・限定するものではない。
【0101】
【表2】
【0102】
次いで、アクチュエータ１１Ｂの振動板４Ｂについて説明する。振動板４Ｂにおいて、第１層４１ａ、第２層４２ａ、第３層４３ａ及び第４層４４ａをそれぞれ構成する材料のヤング率Ｙ４１ａ、Ｙ４２ａ、Ｙ４３ａ及びＹ４４ａは、以下の（２ａ－１）の関係を満たす。
（２ａ－１）Ｙ４１ａ＜Ｙ４２ａ＜Ｙ４３ａ＜Ｙ４４ａ
（２ａ－１）Ｙ４１ａ＜Ｙ４２ａ＜Ｙ４３ａ＜Ｙ４４ａ
【0103】
圧電体層１の変位効率を高める観点から、ヤング率Ｙ４１ａ、Ｙ４２ａ及びＹ４３ａは、上記（２ａ－１）を満たした上で、さらに、以下の（２ａ－２）～（２ａ－５）の関係のいずれかを満たすことが好ましく、２以上を満たすことがより好ましく、全てを満たすことがさらに好ましい。
【0104】
（２ａ－２）１０ＧＰａ≦Ｙ４１ａ
（２ａ－３）１．０５≦Ｙ４２ａ／Ｙ４１ａ≦４．０
（２ａ－４）１．０５≦Ｙ４３ａ／Ｙ４２ａ≦４．０
（２ａ－５）１．０５≦Ｙ４４ａ／Ｙ４３ａ≦４．０
（２ａ－３）１．０５≦Ｙ４２ａ／Ｙ４１ａ≦４．０
（２ａ－４）１．０５≦Ｙ４３ａ／Ｙ４２ａ≦４．０
（２ａ－５）１．０５≦Ｙ４４ａ／Ｙ４３ａ≦４．０
【0105】
なお、上記（２ａ－２）～（２ａ－４）に示す条件は、上記（１ａ－２）～（１ａ－４）に示す条件と同じである。すなわち、振動板が４層で構成される場合、１～３層までのヤング率の関係は、振動板が３層で構成される場合の１～３層までのヤング率の関係と同様にすることができる。
【0106】
（２ａ－２）において、第１層４１ａを構成する材料のヤング率Ｙ４１ａが１０ＧＰａ以上、好ましくは６０ＧＰａ以上であることで、振動板４Ｂ全体のヤング率を高めることができ、振動板を駆動させる目的で、高い共振周波数を得ることができる点で好ましい。ヤング率Ｙ４１ａは、１００ＧＰａ以上がより好ましい。ヤング率Ｙ４１ａの上限は、上記（２ａ－１）を満たす観点から、３００ＧＰａ程度が好ましい。
【0107】
（２ａ－３）、（２ａ－４）及び（２ａ－５）は、第１層４１ａ、第２層４２ａ、第３層４３ａ及び第４層４４ａの順に、振動板４Ｂを構成する層が第２の電極３から遠ざかるにしたがって、各層を構成する材料のヤング率がどの程度高くなるかを示す指標である。
【0108】
（２ａ－３）は、第１層４１ａのヤング率Ｙ４１ａに対する第２層４２ａのヤング率Ｙ４２ａの比の値「Ｙ４２ａ／Ｙ４１ａ」を規定するものである。Ｙ４２ａ／Ｙ４１ａが上記範囲にあることで、第１層４１ａと第２層４２ａとの間でヤング率は十分に増大し、かつ、（２ａ－１）の関係も満足でき好ましい。Ｙ４２ａ／Ｙ４１ａは、１．０５～１．５の範囲内にあることがより好ましい。
【0109】
（２ａ－４）は、第２層４２ａのヤング率Ｙ４２ａに対する第３層４３ａのヤング率Ｙ４３ａの比の値「Ｙ４３ａ／Ｙ４２ａ」を規定するものである。Ｙ４３ａ／Ｙ４２ａが上記範囲にあることで第２層４２ａと第３層４３ａとの間でヤング率は十分に増大し、かつ、（２ａ－１）の関係も満足でき好ましい。Ｙ４３ａ／Ｙ４２ａは、１．０５～１．８の範囲内にあることがより好ましい。
【0110】
（２ａ－５）は、第３層４３ａのヤング率Ｙ４３ａに対する第４層４４ａのヤング率Ｙ４４ａの比の値「Ｙ４４ａ／Ｙ４３ａ」を規定するものである。Ｙ４４ａ／Ｙ４３ａが上記の下限値以上であることで第３層４３ａと第４層４４ａとの間でヤング率は十分に増大し好ましい。Ｙ４４ａ／Ｙ４３ａが上記の上限値以下であることで、総膜厚の好ましい範囲、例えば２．０～１２μｍの範囲を満たしつつ、応力調整などの目的で積層数を増やす余地ができる点で好ましい。Ｙ４４ａ／Ｙ４３ａは、１．０５～１．８の範囲内にあることがより好ましい。
【0111】
また、Ｙ４２ａ／Ｙ４１ａとＹ４３ａ／Ｙ４２ａの関係、及びＹ４３ａ／Ｙ４２ａとＹ４４ａ／Ｙ４３ａの関係は、（２ａ－６）Ｙ４２ａ／Ｙ４１ａ：Ｙ４３ａ／Ｙ４２ａとして１：１～１：１．２及びＹ４３ａ／Ｙ４２ａ：Ｙ４４ａ／Ｙ４３ａとして１：１～１：１．５の範囲にあることが好ましい。Ｙ４２ａ／Ｙ４１ａ：Ｙ４３ａ／Ｙ４２ａ及びＹ４３ａ／Ｙ４２ａ：Ｙ４４ａ／Ｙ４３ａが当該範囲にあることで、第１層から第４層に向かってヤング率は均等に近いかたちで増加する。
【0112】
上記（２ａ－１）を必須の要件として、（２ａ－２）～（２ａ－５）、さらに（２ａ－６）を勘案すると、 具体的には、第１層４１ａのヤング率Ｙ４１ａは、６０～３００ＧＰａの範囲にあり、第２層４２ａのヤング率Ｙ４２ａは、６３～４５０ＧＰａの範囲にあり、第３層４３ａのヤング率Ｙ４３ａは、６６～８１０ＧＰａの範囲にあり、第４層４４ａのヤング率Ｙ４４ａは、６９～９００ＧＰａの範囲にあることが好ましい。
【0113】
第１層４１ａのヤング率Ｙ４１ａは、１００～３００ＧＰａの範囲にあり、第２層４２ａのヤング率Ｙ４２ａは、１０５～４５０ＧＰａの範囲にあり、第３層４３ａのヤング率Ｙ４３ａは、１１０～８１０ＧＰａの範囲にあり、第４層４４ａのヤング率Ｙ４４ａは、１１６～９００ＧＰａの範囲にあることがより好ましい。
【0114】
振動板４Ｂにおける第１層４１ａ、第２層４２ａ、第３層４３ａ及び第４層４４ａの厚さをそれぞれＴ４１ａ、Ｔ４２ａ、Ｔ４３ａ及びＴ４４ａで示す。アクチュエータ１１Ｂをインクジェットヘッドに用いた場合を例にすると、変位効率を高めるために、例えば、Ｔ４１ａ、Ｔ４２ａ、Ｔ４３ａ及びＴ４４ａはそれぞれ０．５～５．３μｍの範囲内にあることが好ましく、より好ましくは、０．５～４．７μｍの範囲内である。また、振動板４Ｂの全体の厚さ、すなわち、Ｔ４１ａ＋Ｔ４２ａ＋Ｔ４３ａ＋Ｔ４４ａは、２．０～１２μｍの範囲内にあることが、変位効率を高めながら薄型化を達成する観点から好ましい。
【0115】
振動板４Ｂの各層を構成する材料は、上記例示した材料のなかから、各層のヤング率の関係が上記（２ａ－１）を満たすように選択される。さらに好ましくは、上記（２ａ－２）～（２ａ－５）、さらに（２ｂ－６）を満たすように選択される。各層の形成方法は、構成材料に応じて、ＣＶＤ法などの化学的な方法、スパッタ法やイオンプレーティング法などの物理的な方法、及び、ゾルゲル法などの液相での成長法等から適宜選択可能である。樹脂層の場合、例えば、スピンコート法、ディップ法、電着法等で形成可能である。
【0116】
振動板４Ｂの各層を構成する材料のヤング率以外の特性として、第１層４１ａを構成する材料は、上記の（Ａ）の特性を有することが好ましい。また、振動板４Ｂの各層を構成する材料のヤング率以外の特性として、圧電体層１から最も遠い層、すなわち、第４層４４ａを構成する材料は、主としてクロム又はニッケルであることが好ましい。
【0117】
振動板４Ｂの各層の構成の組み合わせとして、具体的には、以下の表IIIに示す組み合わせが挙げられる。これら各材料は、組成や製造の方法によりヤング率は調整可能であり、各層において用いられる材料を限定するものではない。
【0118】
【表3】
【0119】
以上、第１の態様のアクチュエータについて、振動板が３層又は４層からなる場合を例にして説明した。振動板が５層以上の層からなる場合については、上に示した振動板全体としてのヤング率の好ましい範囲、概ね８０～７００ＧＰａ、また、表II及び表IIIから算出した振動板全体のヤング率の範囲８６～６４０ＧＰａを勘案し、かつ、第２の電極に最も近い層から最も遠い層へのヤング率の増加のバランス、例えば、均等に近いかたちで増加させる等を考慮して、各層のヤング率を適宜選択すればよい。また、振動板が５層以上の層からなる場合においても、第２の電極に最も近い層を構成する材料の好ましい特性は上記のとおりであり、第２の電極から最も遠い層を構成する材料の好ましい特性は上記のとおりである。
【0120】
なお、第１の態様のアクチュエータの振動板を構成する各層は、層内でヤング率を第２の電極３に近い側の主面から遠い側の主面に向かって漸増するように変化させる構成であってもよい。その場合、例えば、振動板４Ａを例にすると、第１層の第２の電極３に遠い側のヤング率は、第２層の第２の電極３に近い側のヤング率より小さく、第２層の第２の電極３に遠い側のヤング率は、第３層の第２の電極３に近い側のヤング率より小さく構成される。
【0121】
［第２の態様のアクチュエータ］
本発明の第２の態様のアクチュエータは、第１の主面と第２の主面を有する圧電体層と、前記圧電体層の前記第１の主面に配置された第１の電極と、前記圧電体層の前記第２の主面に配置された振動板とを備えるアクチュエータであり、前記振動板は、前記圧電体層の前記第２の主面に配置された導体層と、前記導体層の前記圧電体層とは反対側に厚さ方向に積層された、前記導体層を構成する材料とはそれぞれ異なる材料から構成される少なくとも２つの層を有し、前記振動板において前記導体層及び前記各層を構成する材料のヤング率が、前記導体層から前記圧電体層に遠い側の層に向かって順に高くなることを特徴とする。
本発明の第２の態様のアクチュエータは、第１の主面と第２の主面を有する圧電体層と、前記圧電体層の前記第１の主面に配置された第１の電極と、前記圧電体層の前記第２の主面に配置された振動板とを備えるアクチュエータであり、前記振動板は、前記圧電体層の前記第２の主面に配置された導体層と、前記導体層の前記圧電体層とは反対側に厚さ方向に積層された、前記導体層を構成する材料とはそれぞれ異なる材料から構成される少なくとも２つの層を有し、前記振動板において前記導体層及び前記各層を構成する材料のヤング率が、前記導体層から前記圧電体層に遠い側の層に向かって順に高くなることを特徴とする。
【0122】
本発明の第２の態様のアクチュエータと、第１の態様のアクチュエータは、第１の態様のアクチュエータが圧電体層の第２の主面に第２の電極を有し、第２の電極の圧電体層とは反対側に振動板を有するのに対して、第２の態様のアクチュエータは、圧電体層の第２の主面に、当該圧電体層側に導体層を備える振動板を有する構成である点で異なる。言い換えれば、第２の態様のアクチュエータにおける振動板は、第１の態様のアクチュエータにおける第２の電極と振動板の機能を兼ね備える構成である。
【0123】
第２の態様のアクチュエータにおける第１の電極及び圧電体層は、第１の態様のアクチュエータにおける第１の電極及び圧電体層と好ましい態様を含めて同様にすることができる。第２の態様のアクチュエータは、上記第１の電極、圧電体層及び振動板以外に、必要に応じて任意の部材を有してもよい。任意の部材としては、例えば、第１の電極の圧電体層とは反対側の主面に第１の電極を絶縁保護する目的で配置される絶縁保護層、湿度による圧電体層の劣化を防止する目的で配置される防湿層等が挙げられる。第２の態様のアクチュエータにおける、上記絶縁保護層についても、第１の態様のアクチュエータにおける絶縁保護層と好ましい態様を含めて同様にすることができる。
【0124】
以下、図４及び図５を参照して第２の態様のアクチュエータを説明するが、第２の態様のアクチュエータはこれに限定されるものではない。これらの図で示した第２の態様のアクチュエータは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。図４及び図５は、本発明の第２の態様のアクチュエータの実施形態の一例及び変形例を示す断面図である。
【0125】
図４に示すアクチュエータ１２Ａは、第１の主面Ｓ１と第２の主面Ｓ２を有する圧電体層１と、圧電体層１の第１の主面Ｓ１及び第２の主面Ｓ２にそれぞれ配置された第１の電極２及び振動板４Ｃを有する。
【0126】
振動板４Ｃは、圧電体層１側から第１層４１ｂ、第２層４２ｂ、及び第３層４３ｂが厚さ方向に積層されてなる。第１層４１ｂは導体層であり、第２層４２ｂ、及び第３層４３ｂは、第１層４１ｂとはそれぞれ異なる材料から構成される。
【0127】
振動板４Ｃにおいて、第１層４１ｂを構成する材料のヤング率をＹ４１ｂ、第２層４２ｂを構成する材料のヤング率をＹ４２ｂ、第３層４３ｂを構成する材料のヤング率をＹ４３ｂとすると、Ｙ４１ｂ、Ｙ４２ｂ及びＹ４３ｂの間には以下の関係が成り立つ。
Ｙ４１ｂ＜Ｙ４２ｂ＜Ｙ４３ｂ
Ｙ４１ｂ＜Ｙ４２ｂ＜Ｙ４３ｂ
【0128】
図５に示すアクチュエータ１２Ｂは、第１の電極２の圧電体層１とは反対側の主面に絶縁保護層５を備え、振動板が３層構成の振動板４Ｃに替わって４層で構成される振動板４Ｄからなる以外は、図３に示すアクチュエータ１２Ａと同じ構成である。
【0129】
アクチュエータ１２Ｂでは、振動板４Ｄは、圧電体層１側から第１層４１ｂ、第２層４２ｂ、第３層４３ｂ及び第４層４４ｂが厚さ方向に積層されてなる。振動板４Ｄにおいて、第１層４１ｂは導体層であり、第２層４２ｂ、第３層４３ｂ及び第４層４４ｂは、第１層４１ｂとはそれぞれ異なる材料から構成される。
【0130】
振動板４Ｄにおいて、第１層４１ｂを構成する材料のヤング率をＹ４１ｂ、第２層４２ｂを構成する材料のヤング率をＹ４２ｂ、第３層４３ｂを構成する材料のヤング率をＹ４３ｂ、第４層４４ｂを構成する材料のヤング率をＹ４４ｂとすると、Ｙ４１ｂ、Ｙ４２ｂ、Ｙ４３ｂ及びＹ４４ｂの間には以下の関係が成り立つ。
Ｙ４１ｂ＜Ｙ４２ｂ＜Ｙ４３ｂ＜Ｙ４４ｂ
Ｙ４１ｂ＜Ｙ４２ｂ＜Ｙ４３ｂ＜Ｙ４４ｂ
【0131】
第２の態様のアクチュエータは、振動板の圧電体層側の層である導体層が第１の態様のアクチュエータの第２の電極と同様に機能して、上に説明した第１の態様のアクチュエータと同様に動作するものである。第２の態様のアクチュエータにおいては振動板の圧電体層側の層である導体層は振動板としての機能も果たす。
【0132】
第２の態様のアクチュエータである、アクチュエータ１２Ａ及びアクチュエータ１２Ｂにおいては、振動板を厚さ方向に３層以上で構成し、各層のヤング率の関係が、それぞれＹ４１ｂ＜Ｙ４２ｂ＜Ｙ４３ｂ及びＹ４１ｂ＜Ｙ４２ｂ＜Ｙ４３ｂ＜Ｙ４４ｂを満たす。これにより、圧電体層の変位面がより外側に設定されるため、より効率的なエネルギーの発生が得られる。すなわち、圧電体層の変位が振動板により効率よく伝達できるものである。また、このような構成とすることで、振動板形成時に圧電体層の応力集中が緩和され安定した製造プロセスが構築できる。
【0133】
たわみが生じた際の振動板の変位量δは、圧電体の発生する変形力Ｆと、振動板中の圧電体／振動板界面からの厚さ方向における距離Ｌに存在する中立面のＬに対し、δ∝Ｆ×Ｌが成り立つから、一定の変形力Ｆに対し、Ｌをより大きく設けることで大きなδを得ることができる。
【0134】
Ｌは一般的にｉ層目のヤング率と、累積膜厚をＥｉ、ｈｉとそれぞれ置いた際に下記式となることから、ｉが大きい層においてＥｉを高く設定するのが好ましい。
Ｌ＝ΣＥｉ（ｈｉ ２－ｈｉ－１ ２）／２×ΣＥｉ（ｈｉ－ｈｉ－１）
さらに、現実的には振動板変形に伴い、発生力の損失が存在するため伸縮しづらい仮想面が圧電素子に近い領域に局在するのを避けるのが好ましいため、ｉが漸増するに従いＥｉが一貫して増大するのが好ましい。従って、３層以上の構成とし、圧電体／振動板界面から離れるにしたがってヤング率を増大させる構成が、もっとも。圧電体層の変位を振動板が効率よく伝達できる。
Ｌ＝ΣＥｉ（ｈｉ ２－ｈｉ－１ ２）／２×ΣＥｉ（ｈｉ－ｈｉ－１）
さらに、現実的には振動板変形に伴い、発生力の損失が存在するため伸縮しづらい仮想面が圧電素子に近い領域に局在するのを避けるのが好ましいため、ｉが漸増するに従いＥｉが一貫して増大するのが好ましい。従って、３層以上の構成とし、圧電体／振動板界面から離れるにしたがってヤング率を増大させる構成が、もっとも。圧電体層の変位を振動板が効率よく伝達できる。
【0135】
第２の態様のアクチュエータについて、第１の態様のアクチュエータと異なる構成、すなわち、振動板について以下に詳細に説明する。
【0136】
（振動板）
本発明の第２の態様のアクチュエータにおいて、振動板は、圧電体層の第２の主面に、互いに異なる材料から構成される３以上の層が厚さ方向に積層されてなり、少なくとも圧電体層に最も近い層が導体層であるとともに、各層を構成する材料のヤング率が、圧電体層に近い側の層から遠い側の層に向かって順に高くなる構成である。第２の態様のアクチュエータにおいて振動板を構成する層の数は、３以上であれば特に制限されず、用途に応じて適宜選択される。振動板を構成する層の数は、振動板全体の厚さ、各層の厚さとヤング率によるが、圧電体層の変位を効率よく伝播するためには４以上が好ましい。
本発明の第２の態様のアクチュエータにおいて、振動板は、圧電体層の第２の主面に、互いに異なる材料から構成される３以上の層が厚さ方向に積層されてなり、少なくとも圧電体層に最も近い層が導体層であるとともに、各層を構成する材料のヤング率が、圧電体層に近い側の層から遠い側の層に向かって順に高くなる構成である。第２の態様のアクチュエータにおいて振動板を構成する層の数は、３以上であれば特に制限されず、用途に応じて適宜選択される。振動板を構成する層の数は、振動板全体の厚さ、各層の厚さとヤング率によるが、圧電体層の変位を効率よく伝播するためには４以上が好ましい。
【0137】
第２の態様のアクチュエータにおける振動板は、第１の態様のアクチュエータにおける振動板において、圧電体層に最も近い層が導体層のものをそのまま用いることができる。第２の態様のアクチュエータにおける振動板のヤング率は、上記条件を満たした上で、全体として概ね８０～７００ＧＰａの範囲内にあるのが好ましい。すなわち、圧電体層に最も近い層を構成する材料のヤング率の下限は１０ＧＰａが好ましく、３００ＧＰａがより好ましい。また、圧電体層に最も遠い層を構成する材料のヤング率の上限は９００ＧＰａが好ましい。
【0138】
振動板の厚さは、第２の態様のアクチュエータの用途及び振動板のヤング率等に応じて適宜調整される。第２の態様のアクチュエータをインクジェットヘッドに用いる場合、振動板の厚さは全体として、１．５～１２μｍの範囲内にあることが、変位効率を高めながら薄型化を達成する観点から好ましい。
【0139】
【0140】
アクチュエータ１２Ａの振動板４Ｃにおいて、第１層４１ｂは導体層であって、第１層４１ｂ、第２層４２ｂ及び第３層４３ｂをそれぞれ構成する材料のヤング率Ｙ４１ｂ、Ｙ４２ｂ及びＹ４３ｂは、以下の（１ｂ－１）の関係を満たす。
（１ｂ－１）Ｙ４１ｂ＜Ｙ４２ｂ＜Ｙ４３ｂ
（１ｂ－１）Ｙ４１ｂ＜Ｙ４２ｂ＜Ｙ４３ｂ
【0141】
圧電体層１の変位効率を高める観点から、ヤング率Ｙ４１ｂ、Ｙ４２ｂ及びＹ４３ｂは、上記（１ｂ－１）を満たした上で、さらに、以下の（１ｂ－２）～（１ｂ－４）の関係のいずれかを満たすことが好ましく、２以上を満たすことがより好ましく、全てを満たすことがさらに好ましい。
【0142】
（１ｂ－２）１０ＧＰａ≦Ｙ４１ｂ
（１ｂ－３）１．０５≦Ｙ４２ｂ／Ｙ４１ｂ≦４．０
（１ｂ－４）１．０５≦Ｙ４３ｂ／Ｙ４２ｂ≦４．０
（１ｂ－３）１．０５≦Ｙ４２ｂ／Ｙ４１ｂ≦４．０
（１ｂ－４）１．０５≦Ｙ４３ｂ／Ｙ４２ｂ≦４．０
【0143】
（１ｂ－２）において、第１層４１ｂを構成する導電材料のヤング率Ｙ４１ｂは１０ＧＰａ以上を示す。ヤング率Ｙ４１ｂは６０ＧＰａ以上であることで、振動板４Ｃ全体のヤング率を高めることができ、高い共振周波数を得ることができる点で好ましい。ヤング率Ｙ４１ｂは、１００ＧＰａ以上がより好ましい。ヤング率Ｙ４１ｂの上限は、上記（１ｂ－１）を満たす観点から、３００ＧＰａ程度が好ましい。
【0144】
（１ｂ－３）及び（１ｂ－４）は、第１層４１ｂ、第２層４２ｂ及び第３層４３ｂの順に、振動板４Ｃを構成する層が圧電体層１から遠ざかるにしたがって、各層を構成する材料のヤング率がどの程度高くなるかを示す指標である。
【0145】
（１ｂ－３）は、第１層４１ｂのヤング率Ｙ４１ｂに対する第２層４２ｂのヤング率Ｙ４２ｂの比の値「Ｙ４２ｂ／Ｙ４１ｂ」を規定するものである。Ｙ４２ｂ／Ｙ４１ｂが上記範囲にあることで、第１層４１ｂと第２層４２ｂとの間でヤング率は十分に増大し、かつ、（１ｂ－１）の関係も満足でき好ましい。Ｙ４２ｂ／Ｙ４１ｂは、１．０５～１．８５の範囲内にあることがより好ましい。
【0146】
（１ｂ－４）は、第２層４２ｂのヤング率Ｙ４２ｂに対する第３層４３ｂのヤング率Ｙ４３ｂの比の値「Ｙ４３ｂ／Ｙ４２ｂ」を規定するものである。Ｙ４３ｂ／Ｙ４２ｂが上記の下限値以上であることで第２層４２ｂと第３層４３ｂとの間でヤング率は十分に増大し好ましい。Ｙ４３ｂ／Ｙ４２ｂが上記の上限値以下であることで、総膜厚の好ましい範囲、例えば、１．５～１２μｍの範囲を満たしつつ、応力調整などの目的で積層数を増やす余地ができる点で好ましい。Ｙ４３ｂ／Ｙ４２ｂは、１．０５～２．０の範囲内にあることがより好ましい。
【0147】
また、Ｙ４２ｂ／Ｙ４１ｂとＹ４３ｂ／Ｙ４２ｂの関係は、（１ｂ－５）Ｙ４２ｂ／Ｙ４１ｂ：Ｙ４３ｂ／Ｙ４２ｂとして１：１～１：２の範囲にあることが好ましい。Ｙ４２ｂ／Ｙ４１ｂ：Ｙ４３ｂ／Ｙ４２ｂが当該範囲にあることで、第１層から第３層に向かってヤング率は均等に近いかたちで増加する。
【0148】
上記（１ｂ－１）を必須の要件として、（１ｂ－２）～（１ｂ－４）、さらに（１ｂ－５）を勘案すると、具体的には、第１層４１ｂのヤング率Ｙ４１ｂは、６０～３００ＧＰａの範囲にあり、第２層４２ｂのヤング率Ｙ４２ｂは、６３～５５５ＧＰａの範囲にあり、第３層４３ｂのヤング率Ｙ４３ｂは、６６～９００ＧＰａの範囲にあることが好ましい。
【0149】
第１層４１ｂのヤング率Ｙ４１ｂは、１００～３００ＧＰａの範囲にあり、第２層４２ｂのヤング率Ｙ４２ｂは、１０５～５５５ＧＰａの範囲にあり、第３層４３ｂのヤング率Ｙ４３ｂは、１１０～９００ＧＰａの範囲にあることがより好ましい。
【0150】
振動板４Ｃにおける第１層４１ｂ、第２層４２ｂ及び第３層４３ｂの厚さをそれぞれＴ４１ｂ、Ｔ４２ｂ及びＴ４３ｂで示す。アクチュエータ１２Ａをインクジェットヘッドに用いた場合を例にすると、変位効率を高めるために、例えば、Ｔ４１ｂ、Ｔ４２ｂ及びＴ４３ｂはそれぞれ０．５～４μｍの範囲内にあることが好ましく、より好ましくは、０．５～３．５μｍの範囲内である。また、振動板４Ｃの全体の厚さ、すなわち、Ｔ４１ｂ＋Ｔ４２ｂ＋Ｔ４３ｂは、１．５～１２μｍの範囲内にあることが、変位効率を高めながら薄型化を達成する観点から好ましい。
【0151】
上記のとおり、振動板４Ｃの第１層４１ｂ、第２層４２ｂ及び第３層４３ｂを構成する材料は、それぞれ、金属のように単独の元素からなってもよく、２種以上の元素を有する合金や化合物であってもよく、これらの組み合わせであってもよい。また、各層を構成する材料は、同じ元素で構成されていても、密度や結晶構造が異なる場合は、異なる材料とみなす。
【0152】
振動板４Ｃの第１層４１ｂ、第２層４２ｂ及び第３層４３ｂをそれぞれ構成する材料としては、第１層４１ｂについては導電材料であって、それ以外の層を構成する材料との関係が（１ｂ－１）の関係を満足する限り、特に制限されない。
【0153】
振動板４Ｃの第１層４１ｂを構成する材料としては、振動板４Ａを構成する材料として例示した材料のうち、導電性を有する材料が挙げられる。導電材料として具体的には、上記第１又は第２の電極を構成する材料として例示した導電材料の使用が可能である。振動板４Ｃの第２層４２ｂ及び第３層４３ｂを構成する材料として、具体的には、振動板４Ａを構成する材料として例示した材料のうち、（１ｂ－１）の関係を満足する材料の使用が可能である。
【0154】
振動板４Ｃの各層を構成する材料は、さらに好ましくは、上記（１ｂ－２）～（１ｂ－４）、さらには（１ｂ－５）を満たすように選択される。各層の形成方法は、構成材料に応じて、ＣＶＤ法などの化学的な方法、スパッタ法やイオンプレーティング法などの物理的な方法、及び、ゾルゲル法などの液相での成長法等から適宜選択可能である。
【0155】
振動板４Ｃの各層を構成する材料のヤング率以外の特性として、第１層４１ａを構成する導電材料は、上記の（Ａ）の特性を有することが好ましい。また、振動板４Ｃの各層を構成する材料のヤング率以外の特性として、圧電体層１から最も遠い層、すなわち、第３層４３ｂを構成する材料は、主としてクロム又はニッケルであることが好ましい。
【0156】
振動板４Ｃの各層の構成の組み合わせとして、具体的には、以下の表VIに示す組み合わせが挙げられる。これら各材料は、組成や製造の方法によりヤング率は調整可能であるほか、各層に求められるヤング率の値は相対関係で規定される。従ってこの例示は、各層において用いられる材料を網羅・限定するものではない。表中、ＤＬＣはダイヤモンドライクカーボンを示す。また、振動板の導体層は電極として機能するために、絶縁層が必要となるため、上記組み合わせにおいて第２層、第３層の少なくとも１層は、非導電性材料を選択する必要がある。
【0157】
【表4】
【0158】
次いで、アクチュエータ１２Ｂの振動板４Ｄについて説明する。振動板４Ｄにおいて、第１層４１ｂは導体層であって、第１層４１ｂ、第２層４２ｂ、第３層４３ｂ及び第４層４４ｂをそれぞれ構成する材料のヤング率Ｙ４１ｂ、Ｙ４２ｂ、Ｙ４３ｂ及びＹ４４ｂは、以下の（２ｂ－１）の関係を満たす。
（２ｂ－１）Ｙ４１ｂ＜Ｙ４２ｂ＜Ｙ４３ｂ＜Ｙ４４ｂ
（２ｂ－１）Ｙ４１ｂ＜Ｙ４２ｂ＜Ｙ４３ｂ＜Ｙ４４ｂ
【0159】
圧電体層１の変位効率を高める観点から、ヤング率Ｙ４１ｂ、Ｙ４２ｂ及びＹ４３ｂは、上記（２ｂ－１）を満たした上で、さらに、以下の（２ｂ－２）～（２ｂ－５）の関係のいずれかを満たすことが好ましく、２以上を満たすことがより好ましく、全てを満たすことがさらに好ましい。
【0160】
（２ｂ－２）１０ＧＰａ≦Ｙ４１ｂ
（２ｂ－３）１．０５≦Ｙ４２ｂ／Ｙ４１ｂ≦４．０
（２ｂ－４）１．０５≦Ｙ４３ｂ／Ｙ４２ｂ≦４．０
（２ｂ－５）１．０５≦Ｙ４４ｂ／Ｙ４３ｂ≦４．０
（２ｂ－３）１．０５≦Ｙ４２ｂ／Ｙ４１ｂ≦４．０
（２ｂ－４）１．０５≦Ｙ４３ｂ／Ｙ４２ｂ≦４．０
（２ｂ－５）１．０５≦Ｙ４４ｂ／Ｙ４３ｂ≦４．０
【0161】
なお、上記（２ｂ－２）～（２ｂ－４）に示す条件は、上記（１ｂ－２）～（１ｂ－４）に示す条件と同じである。すなわち、振動板が４層で構成される場合、１～３層までのヤング率の関係は、振動板が３層で構成される場合の１～３層までのヤング率の関係と同様にすることができる。
【0162】
（２ｂ－２）において、第１層４１ｂを構成する導電材料のヤング率Ｙ４１ｂが１０ＧＰａ以上、好ましくは６０ＧＰａ以上であることで、振動板４Ｄ全体のヤング率を高めることができ、振動板を駆動させる目的で、高い共振周波数を得ることができる点で好ましい。ヤング率Ｙ４１ｂは、１００ＧＰａ以上がより好ましい。ヤング率Ｙ４１ｂの上限は、上記（２ｂ－１）を満たす観点から、３００ＧＰａ程度が好ましい。
【0163】
（２ｂ－３）、（２ｂ－４）及び（２ｂ－５）は、第１層４１ｂ、第２層４２ｂ、第３層４３ｂ及び第４層４４ｂの順に、振動板４Ｄを構成する層が圧電体層１から遠ざかるにしたがって、各層を構成する材料のヤング率がどの程度高くなるかを示す指標である。
【0164】
（２ｂ－３）は、第１層４１ｂのヤング率Ｙ４１ｂに対する第２層４２ｂのヤング率Ｙ４２ｂの比の値「Ｙ４２ｂ／Ｙ４１ｂ」を規定するものである。Ｙ４２ｂ／Ｙ４１ｂが上記範囲にあることで、第１層４１ｂと第２層４２ｂとの間でヤング率は十分に増大し、かつ、（２ｂ－１）の関係も満足でき好ましい。Ｙ４２ｂ／Ｙ４１ｂは、１．０５～１．５の範囲内にあることがより好ましい。
【0165】
（２ｂ－４）は、第２層４２ｂのヤング率Ｙ４２ｂに対する第３層４３ｂのヤング率Ｙ４３ｂの比の値「Ｙ４３ｂ／Ｙ４２ｂ」を規定するものである。Ｙ４３ｂ／Ｙ４２ｂが上記範囲にあることで第２層４２ｂと第３層４３ｂとの間でヤング率は十分に増大し、かつ、（２ｂ－１）の関係も満足でき好ましい。Ｙ４３ｂ／Ｙ４２ｂは、１．０５～１．８の範囲内にあることがより好ましい。
【0166】
（２ｂ－５）は、第３層４３ｂのヤング率Ｙ４３ｂに対する第４層４４ｂのヤング率Ｙ４４ｂの比の値「Ｙ４４ｂ／Ｙ４３ｂ」を規定するものである。Ｙ４４ｂ／Ｙ４３ｂが上記の下限値以上であることで第３層４３ｂと第４層４４ｂとの間でヤング率は十分に増大し好ましい。Ｙ４４ｂ／Ｙ４３ｂが上記の上限値以下であることで、総膜厚の好ましい範囲、例えば２．０～１２μｍの範囲を満たしつつ、応力調整などの目的で積層数を増やす余地ができる点で好ましい。Ｙ４４ｂ／Ｙ４３ｂは、１．０５～１．８の範囲内にあることがより好ましい。
【0167】
また、Ｙ４２ｂ／Ｙ４１ｂとＹ４３ｂ／Ｙ４２ｂの関係、及びＹ４３ｂ／Ｙ４２ｂとＹ４４ｂ／Ｙ４３ｂの関係は、（２ｂ－６）Ｙ４２ｂ／Ｙ４１ｂ：Ｙ４３ｂ／Ｙ４２ｂとして１：１～１：１．２及びＹ４３ｂ／Ｙ４２ｂ：Ｙ４４ｂ／Ｙ４３ｂとして１：１～１：１．５の範囲にあることが好ましい。Ｙ４２ｂ／Ｙ４１ｂ：Ｙ４３ｂ／Ｙ４２ｂ及びＹ４３ｂ／Ｙ４２ｂ：Ｙ４４ｂ／Ｙ４３ｂが当該範囲にあることで、第１層から第４層に向かってヤング率は均等に近いかたちで増加する。
【0168】
上記（２ｂ－１）を必須の要件として、（２ｂ－２）～（２ｂ－５）、さらに（２ｂ－６）を勘案すると、具体的には、第１層４１ｂのヤング率Ｙ４１ｂは、６０～３００ＧＰａの範囲にあり、第２層４２ｂのヤング率Ｙ４２ｂは、６３～４５０ＧＰａの範囲にあり、第３層４３ｂのヤング率Ｙ４３ｂは、６６～８１０ＧＰａの範囲にあり、第４層４４ｂのヤング率Ｙ４４ｂは、６９～９００ＧＰａの範囲にあることが好ましい
【0169】
第１層４１ｂのヤング率Ｙ４１ｂは、１００～３００ＧＰａの範囲にあり、第２層４２ｂのヤング率Ｙ４２ｂは、１０５～４５０ＧＰａの範囲にあり、第３層４３ｂのヤング率Ｙ４３ｂは、１１０～８１０ＧＰａの範囲にあり、第４層４４ｂのヤング率Ｙ４４ｂは、１１６～９００ＧＰａの範囲にあることがより好ましい。
【0170】
振動板４Ｄにおける第１層４１ｂ、第２層４２ｂ、第３層４３ｂ及び第４層４４ｂの厚さをそれぞれＴ４１ｂ、Ｔ４２ｂ、Ｔ４３ｂ及びＴ４４ｂで示す。アクチュエータ１２Ｂをインクジェットヘッドに用いた場合を例にすると、変位効率を高めるために、例えば、Ｔ４１ｂ、Ｔ４２ｂ、Ｔ４３ｂ及びＴ４４ｂはそれぞれ０．５～５．３μｍの範囲内にあることが好ましく、より好ましくは、０．５～４．７μｍの範囲内である。また、振動板４Ｄの全体の厚さ、すなわち、Ｔ４１ｂ＋Ｔ４２ｂ＋Ｔ４３ｂ＋Ｔ４４ｂは、２．０～１２μｍの範囲内にあることが、変位効率を高めながら薄型化を達成する観点から好ましい。
【0171】
振動板４Ｄの各層を構成する材料としては、第１層４１ｂについては導電材料であって、それ以外の層を構成する材料との関係が（２ｂ－１）の関係を満足する限り、特に制限されない。
【0172】
振動板４Ｄの第１層４１ｂを構成する材料としては、振動板４Ａを構成する材料として例示した材料のうち、導電性を有する材料が挙げられる。導電材料として具体的には、上記第１又は第２の電極を構成する材料として例示した導電材料の使用が可能である。振動板４Ｄの第２層４２ｂ、第３層４３ｂ及び第４層４４ｂを構成する材料として、具体的には、振動板４Ａを構成する材料として例示した材料のうち、（２ｂ－１）の関係を満足する材料の使用が可能である。
【0173】
振動板４Ｄの各層を構成する材料は、さらに好ましくは、上記（２ｂ－２）～（２ｂ－５）、さらに（２ｂ－６）を満たすように選択される。各層の形成方法は、構成材料に応じて、ＣＶＤ法などの化学的な方法、スパッタ法やイオンプレーティング法などの物理的な方法、及び、ゾルゲル法などの液相での成長法等から適宜選択可能である。樹脂層の場合、例えば、スピンコート法、ディップ法、電着法等で形成可能である。
【0174】
振動板４Ｄの各層を構成する材料のヤング率以外の特性として、第１層４１ｂを構成する導電材料は、上記の（Ａ）の特性を有することが好ましい。また、振動板４Ｄの各層を構成する材料のヤング率以外の特性として、圧電体層１から最も遠い層、すなわち、第４層４４ｂを構成する材料は、主としてクロム又はニッケルであることが好ましい。
【0175】
振動板４Ｄの各層の構成の組み合わせとして、具体的には、以下の表Ｖに示す組み合わせが挙げられる。これら各材料は、組成や製造の方法によりヤング率は調整可能であるほか、各層に求められるヤング率の値は相対関係で規定される。従ってこの例示は、各層において用いられる材料を網羅・限定するものではない。表中、ＤＬＣはダイヤモンドライクカーボンを示す。また、振動板の導体層は電極として機能するために、絶縁層が必要となるため、上記組み合わせにおいて第２層、第３層の少なくとも１層は、非導電性材料を選択する必要がある
【0176】
【表5】
【0177】
以上、第２の態様のアクチュエータについて、振動板が３層又は４層からなる場合を例にして説明した。振動板が５層以上の層からなる場合については、上に示した振動板全体としてのヤング率の好ましい範囲、概ね８０～７００ＧＰａ、また、表IV及び表Vから算出した振動板全体のヤング率の範囲１２７～６４０ＧＰａを勘案し、かつ、圧電体層に最も近い層から最も遠い層へのヤング率の増加のバランス、例えば、均等に近いかたちで増加させる等を考慮して、各層のヤング率を適宜選択すればよい。また、振動板が５層以上の層からなる場合においても、圧電体層に最も近い層を構成する材料の好ましい特性は上記のとおりであり、圧電体層から最も遠い層を構成する材料の好ましい特性は上記のとおりである。
【0178】
なお、第２の態様のアクチュエーの振動板を構成する各層は、層内でヤング率を圧電体層１に近い側の主面から遠い側の主面に向かって漸増するように変化させる構成であってもよい。その場合、例えば、振動板４Ｃを例にすると、第１層の圧電体層１に遠い側のヤング率は、第２層の圧電体層１に近い側のヤング率より小さく、第２層の圧電体層１に遠い側のヤング率は、第３層の圧電体層１に近い側のヤング率より小さく構成される。
【0179】
また、本発明のアクチュエータを、例えば、インクジェットヘッドに使用する場合、振動板における各層の少なくとも１つを室温で応力に対して脆性破壊を示す脆性材料によって構成することが好ましい。それにより、圧電体層１の機械的な変位エネルギーから大きな発生圧力を得ることが可能となる。脆性材料としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム等の酸化物や窒化シリコン等の窒化物からなる無機セラミックス材料や鋳鉄、タングステン等が挙げられる。
【0180】
このような脆性材料からなる層を、上記第１の態様のアクチュエータ及び第２の態様のアクチュエータにおける振動板に、上記必須条件に適合するように、さらに必要に応じて任意の条件に適合するように組み入れることで、振動板を製造する際のプロセスの好適化とインク吐出の好適化が可能となる。
【0181】
本発明の第１の態様のアクチュエータは、例えば、以下の（１）～（６）の工程を有する方法で製造できる。
【0182】
（１）基板上に、第１の電極を形成する工程
ここで用いる基板は以下の（６）の工程で除去される。基板上への第１の電極の形成には、スパッタリング成膜等の気相成長法が利用可能である。
（２）第１の電極上に圧電体層を形成する工程
圧電体層の形成には、構成材料に応じて、スパッタリング成膜等の気相成長法、ゾルゲル法が利用可能である。
ここで用いる基板は以下の（６）の工程で除去される。基板上への第１の電極の形成には、スパッタリング成膜等の気相成長法が利用可能である。
（２）第１の電極上に圧電体層を形成する工程
圧電体層の形成には、構成材料に応じて、スパッタリング成膜等の気相成長法、ゾルゲル法が利用可能である。
【0183】
（３）配線部絶縁パターン層を形成する工程
続き形成される第２の電極と、第１の電極は、それぞれ、圧電体を挟んで活性化させる部分の他に、駆動回路へ延伸される配線を設ける必要がある。この配線部も、圧電体層を挟みこんでそれぞれ圧電体層の第１の面、第２の面に形成されることから、圧力室に対向した圧電体活性部以外の領域においては、配線に挟み込まれることによる圧電体の活性を防ぎ、また予期せぬ短絡を防ぐために、十分な厚さを有した絶縁パターン層が所望領域に設けられていることが好ましい。
続き形成される第２の電極と、第１の電極は、それぞれ、圧電体を挟んで活性化させる部分の他に、駆動回路へ延伸される配線を設ける必要がある。この配線部も、圧電体層を挟みこんでそれぞれ圧電体層の第１の面、第２の面に形成されることから、圧力室に対向した圧電体活性部以外の領域においては、配線に挟み込まれることによる圧電体の活性を防ぎ、また予期せぬ短絡を防ぐために、十分な厚さを有した絶縁パターン層が所望領域に設けられていることが好ましい。
【0184】
この配線部絶縁パターン層は、例えば、感光性ポリイミド樹脂をはじめとする絶縁樹脂の塗布後、硬化前にパターン露光させ、選択的に硬化させることで得ることができる。なお、このような配線部絶縁パターン層を形成する工程にかわり、所望の第１電極との圧電体層との重なりを避けるべく第２電極に対して所望のパターニングを用いてもよい。以下は、配線部絶縁パターン層が設けられる場合にそって記述する。
【0185】
（４）圧電体層・配線部絶縁パターン層上に第２の電極を形成する工程
第２の電極の形成には、スパッタリング成膜等の気相成長法が利用可能である。
第２の電極の形成には、スパッタリング成膜等の気相成長法が利用可能である。
【0186】
（５）第２の電極上に振動板を形成する工程
振動板は互いに異なる材料から構成される３層以上からなる。振動板の各層は、第２の電極に近い側から遠ざかる方向に向かって順にヤング率が大きくなる積層順で形成される。振動板を構成する各層の形成は、当該層を構成する材料に応じて、電着法、スピンコート等の塗布成膜法、スパッタリング成膜等の気相成長法が利用可能である。
（６）基板を除去する工程
基材の除去には、ドライ・ウェットのエッチングが利用可能である。
振動板は互いに異なる材料から構成される３層以上からなる。振動板の各層は、第２の電極に近い側から遠ざかる方向に向かって順にヤング率が大きくなる積層順で形成される。振動板を構成する各層の形成は、当該層を構成する材料に応じて、電着法、スピンコート等の塗布成膜法、スパッタリング成膜等の気相成長法が利用可能である。
（６）基板を除去する工程
基材の除去には、ドライ・ウェットのエッチングが利用可能である。
【0187】
さらに、第１の電極上に絶縁保護層を有する場合、通常、以下の工程を得て、第１の態様のアクチュエータが得られる。
（７）第１の電極をパターニングする工程
第１の電極をパターニングするには、レジストパターニング後ドライエッチングする方法が利用可能である。
（８）圧電体層をパターニングする工程
（７）の後さらに、圧電体層をパターニングするには、レジストパターニング後ドライエッチングする方法が利用可能である。
（７）第１の電極をパターニングする工程
第１の電極をパターニングするには、レジストパターニング後ドライエッチングする方法が利用可能である。
（８）圧電体層をパターニングする工程
（７）の後さらに、圧電体層をパターニングするには、レジストパターニング後ドライエッチングする方法が利用可能である。
【0188】
（９）パターニングされた第１の電極の表面に絶縁保護層を形成する工程
絶縁保護層の形成には、スピンコート等の塗布成膜、スパッタリング成膜等の気相成長法が利用可能である。絶縁保護層の形成領域は、第１の電極及び圧電体層のパターンに応じて、第１の電極表面のみでなく圧電体層の表面におよぶこともある。
絶縁保護層の形成には、スピンコート等の塗布成膜、スパッタリング成膜等の気相成長法が利用可能である。絶縁保護層の形成領域は、第１の電極及び圧電体層のパターンに応じて、第１の電極表面のみでなく圧電体層の表面におよぶこともある。
【0189】
本発明の第２の態様のアクチュエータは、例えば、上記第１の態様のアクチュエータを製造する工程において、（４）の工程を省略し、（５）の振動板の形成を圧電体層・配線部絶縁パターン層上に行う以外は上記と同様の方法で製造できる。ただし、第２の態様のアクチュエータにおける振動板は、圧電体層に最も近い側が導体層で構成され、導体層を含めて３層以上で構成され、導体層から圧電体層に遠い側の層に向かって順にヤング率が高くなる構成である。
【0190】
[インクジェットヘッド]
本発明のインクジェットヘッドは、上記本発明のアクチュエータと、インクが充填され、前記アクチュエータが駆動されることにより前記インクの圧力が変化する圧力室と、前記アクチュエータが駆動されることにより前記圧力室に充填された前記インクを吐出するノズルと、を備える、ことを特徴とする。
本発明のインクジェットヘッドは、上記本発明のアクチュエータと、インクが充填され、前記アクチュエータが駆動されることにより前記インクの圧力が変化する圧力室と、前記アクチュエータが駆動されることにより前記圧力室に充填された前記インクを吐出するノズルと、を備える、ことを特徴とする。
【0191】
図６は本発明のインクジェットヘッドの実施形態の一例の上面図である。図７は、図６に示すインクジェットヘッドのＹ－Ｙ線に沿った断面図である。図８は図６に示すインクジェットヘッドのＹ－Ｙ線に沿った拡大断面図である。なお、本発明のインクジェットヘッドはこれらに限定されるものではない。これらの図で示した本発明のインクジェットヘッドは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【0192】
図６～図８に示すように、インクジェットヘッド１００は、振動板４Ｄ上に、圧電体層１、第１の電極２及び絶縁保護層５のセットが複数配置されたアクチュエータ１２Ｃと、平面視においてアクチュエータ１２Ｃと同寸、同形の主面を有する本体基板５１とノズル基板５２を備える。
【0193】
本体基板５１はインクを充填する圧力室７０となる貫通部を有し、本体基板５１の一方の主面にアクチュエータ１２Ｃの振動板４Ｄ側が接合され、他方の主面にノズル基板５２が接合されることでインクジェットヘッド１００が構成されている。圧力室７０は、本体基板５１が有する貫通部の壁面Ｓ３とアクチュエータ１２Ｃの振動板４Ｄの主面Ｓ４とノズル基板５２の本体基板５１に接合された側の主面Ｓ５とで形成される空間である。
【0194】
インクジェットヘッド１００では、本体基板５１の主面は矩形であり、圧力室７０は、上面から見て（図６を参照）略円形である。圧力室７０は、本体基板５１の長辺に平行する２本の直線上に複数個（図６では各７個）が略等間隔に配置されている。
【0195】
アクチュエータ１２Ｃにおいて、圧電体層１は振動板４Ｄ上に、平面視で圧力室７０の外周から略等距離間隔小さい相似形状（略円形）により形成されている。複数の圧電体層１の第１の主面Ｓ１上には、第１の主面Ｓ１と同寸、同形の主面を有する第１の電極２及び絶縁保護層５がそれぞれ積層されている。アクチュエータ１２Ｃは本発明の第２の態様のアクチュエータに相当し、アクチュエータ１２Ｃが有する圧電体層１、第１の電極２、絶縁保護層５及び振動板４Ｄは、アクチュエータ１２Ｂが有する圧電体層１、第１の電極２、絶縁保護層５及び振動板４Ｄとそれぞれ同様の構成とすることができる。
【0196】
ノズル基板５２は、各圧力室７０に対応して、圧力室７０を臨む主面Ｓ５から主面Ｓ５の反対側の主面Ｓ６に貫通するノズル６０を有する。
【0197】
インクジェットヘッド１００の圧力室７０にはインクが充填されている。印刷時には、アクチュエータ１２Ｃに電圧が印加され振動板４Ｄがノズル基板５２方向に曲率を有するように変位する。これにより圧力室７０内のインクは、圧力が高められ、ノズル６０から吐出される。
【0198】
本発明のインクジェットヘッドにおいては、本発明のアクチュエータが高い変位効率を有することから、インクの吐出を効率よく行うことができる。
【0199】
本発明のインクジェットヘッドは、例えば、以下の（１１）及び（１２）の工程を有する方法で製造できる。
【0200】
（１１）アクチュエータに圧力室を形成する工程
圧力室をアクチュエータに積層形成する手段は、パターニングされた圧力室用の本体基板（板状圧力室部材）をアクチュエータの振動板面にアライメントし、接合・接着するなどの方法が可能である。
圧力室をアクチュエータに積層形成する手段は、パターニングされた圧力室用の本体基板（板状圧力室部材）をアクチュエータの振動板面にアライメントし、接合・接着するなどの方法が可能である。
【0201】
この他に、後述する実施例のように、振動板の圧力室に接する最表層を、圧力室用の本体基板を形成する素材の主成分と同一の組成からなる金属で形成する場合には、圧力室用の本体基板（板状圧力室部材）を、アクチュエータの振動板側の面において直接メッキさせて（電鋳）得ることができる。具体的には、振動板の最表層の金属層をメッキのシード層とし、表面に圧力室パターンのネガパターンをフォトレジストにて形成したうえで電気メッキを実施し、レジストを除去することで、圧力室の壁面に相当する構造（圧力室用の本体基板）を、アクチュエータに直接加工することができる。このようにして形成された圧力室は寸法精度や硬度において好ましい。
【0202】
（１２）ノズルを有するノズル基板を、アクチュエータを備えた圧力室用の本体基板に合一させる工程
ノズル基板を、アクチュエータを備えた圧力室用の本体基板に接合・接着する。必要に応じて、ノズル基板のノズルに連通する流路を備えた流路基板を圧力室用の本体基板とノズル基板の間に設けてもよい。その場合、ノズル基板と流路基板を相互に接合・接着し、さらにアクチュエータを備えた圧力室用の本体基板に接合・接着する。
ノズル基板を、アクチュエータを備えた圧力室用の本体基板に接合・接着する。必要に応じて、ノズル基板のノズルに連通する流路を備えた流路基板を圧力室用の本体基板とノズル基板の間に設けてもよい。その場合、ノズル基板と流路基板を相互に接合・接着し、さらにアクチュエータを備えた圧力室用の本体基板に接合・接着する。
【実施例】
【0203】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例において「部」あるいは「％」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量部」あるいは「質量％」を表す。
【0204】
［実施例１］
表VIに示す構成の第１の態様のアクチュエータIを以下の方法により作製した。なお、表VIは圧力室に対応する、圧電体層の活性部について示している。以下、表VII～表XI及び表XIIIについても同様である。いずれの場合も、圧電層の非活性部（圧力室の隔壁に対応する）においては、異なる要素が積層されている場合がある。
表VIに示す構成の第１の態様のアクチュエータIを以下の方法により作製した。なお、表VIは圧力室に対応する、圧電体層の活性部について示している。以下、表VII～表XI及び表XIIIについても同様である。いずれの場合も、圧電層の非活性部（圧力室の隔壁に対応する）においては、異なる要素が積層されている場合がある。
【0205】
【0206】
第１の電極は、Ｐｔターゲットを用い、基板を６００℃に加熱しながら１Ｐａのアルゴンガス中において２００Ｗの高周波電力で１２分間形成することにより得た。
【0207】
圧電体層は、多元スパッタ装置を用いて作製した。ターゲットには、化学量論組成よりＰｂ量の多いＰＺＴ（Ｚｒ／Ｔｉ＝５３／４７、Ｐｂが２０モル％過剰）の焼結体ターゲットを用いた。真空中であらかじめヒーターにより基板加熱を行い、基板温度５８０℃で、アルゴンと酸素との混合雰囲気中（ガス体積比Ａｒ：Ｏ２＝１５：５）において、真空度０．３Ｐａ、高周波電力２５０Ｗの条件で１８０分間形成することにより圧電体層を得た。
【0208】
次いで、圧電体層の非活性部において第１の電極と第２の電極を絶縁する配線部絶縁パターン層を、感光性ポリイミド樹脂（パイメル（製品名、旭化成社製）をスピンコート法で塗布し、フォトレジストで選択的硬化パターニングを施すことで、圧力室に対応する圧電体層の活性部以外の領域に設けた。
【0209】
第２の電極は、Ａｕターゲットを用いて、室温において１Ｐａのアルゴンガス中、１００Ｗの高周波電力で１０分間形成することにより得た。
【0210】
振動板における、第１層を、窒化ケイ素（以下、「ＳｉＮ」で示す。）ターゲットを用いて、室温において０．５Ｐａのアルゴンガス中、２５０Ｗの高周波電力で９０分間形成することにより得た。振動板における、第２層を、窒化アルミニウム（以下、「ＡｌＮ」で示す。）ターゲットを用いて、室温において０．５Ｐａのアルゴンガス中、２５０Ｗの高周波電力で５５分間形成することにより得た。振動板における、第３層を、窒化チタン（以下、「ＴｉＮ」で示す。）ターゲットを用いて、室温において０．５Ｐａのアルゴンガス中、２５０Ｗの高周波電力で９０分間形成することにより得た。
【0211】
絶縁保護層を、感光性ポリイミド樹脂（パイメル（製品名、旭化成社製）、表中、「ＰＩ」と記載した。）を用いて、スピンコート法及び紫外線照射により得た。
【0212】
【表6】
【0213】
［実施例２］
表VIIに示す構成の第１の態様のアクチュエータIIを以下の方法により作製した。アクチュエータIIは、図２に示すアクチュエータ１１Ｂにおいて振動板の積層数を５層とした以外、アクチュエータ１１Ｂと同様の積層構成である。ただし、図２においては、配線部絶縁パターン層の図示は省略されている。
表VIIに示す構成の第１の態様のアクチュエータIIを以下の方法により作製した。アクチュエータIIは、図２に示すアクチュエータ１１Ｂにおいて振動板の積層数を５層とした以外、アクチュエータ１１Ｂと同様の積層構成である。ただし、図２においては、配線部絶縁パターン層の図示は省略されている。
【0214】
アクチュエータIIにおける第１の電極、圧電体層、配線部絶縁パターン層及び第２の電極は、アクチュエータＩと同様に作製した。
【0215】
振動板における、第１層を感光性ポリイミド樹脂（パイメル（製品名、旭化成社製）、表中、「ＰＩ」と記載した。）を用いて、スピンコート法及び紫外線照射により得た。振動板における、第２層を、ＳｉＯ２ターゲットを用いて、室温において０．５Ｐａのアルゴンガス中、２５０Ｗの高周波電力で９０分間形成することにより得た。
【0216】
振動板における、第３層を、ＺｒＯ２ターゲットを用いて、室温において０．５Ｐａのアルゴンガス中、２５０Ｗの高周波電力で８０分間形成することにより得た。振動板における、第４層を、ＭｇＯターゲットを用いて、室温において０．５Ｐａのアルゴンガス中、２５０Ｗの高周波電力で１００分間形成することにより得た。振動板における、第５層を、Ａｌ２Ｏ３ターゲットを用いて、室温において０．５Ｐａのアルゴンガス中、２５０Ｗの高周波電力で４０分間形成することにより得た。
【0217】
基板をプラズマエッチング法により除去し、絶縁保護層を、アクチュエータＩと同様に作製した。
【0218】
【表7】
【0219】
［実施例３］
表VIIIに示す構成の第２の態様のアクチュエータIIIを以下の方法により作製した。アクチュエータIIIは、図５に示すアクチュエータ１２Ｂと同様の積層構成である。ただし、図５においては、配線部絶縁パターン層の図示は省略されている。
表VIIIに示す構成の第２の態様のアクチュエータIIIを以下の方法により作製した。アクチュエータIIIは、図５に示すアクチュエータ１２Ｂと同様の積層構成である。ただし、図５においては、配線部絶縁パターン層の図示は省略されている。
【0220】
アクチュエータIIIにおける第１の電極、圧電体層及び配線部絶縁パターン層は、アクチュエータIと同様に作製した。
【0221】
振動板における、第１層を、Ｃｕターゲットを用いて、室温において０．５Ｐａのアルゴンガス中、２００Ｗの高周波電力で５０分間形成することにより得た。振動板における、第２層を、Ｃｒターゲットを用いて、室温において０．５Ｐａのアルゴンガス中、２００Ｗの高周波電力で５５分間形成することにより得た。
【0222】
振動板における、第３層を、ＡｌＮターゲットを用いて、室温において０．５Ｐａのアルゴンガス中、２５０Ｗの高周波電力で４０分間形成することにより得た。振動板における、第４層を、Ａｌ２Ｏ３ターゲットを用いて、室温において０．５Ｐａのアルゴンガス中、２５０Ｗの高周波電力で１００分間形成することにより得た。
【0223】
基板をプラズマエッチング法により除去し、絶縁保護層を、アクチュエータＩと同様に作製した。
【0224】
【表8】
【0225】
［実施例４］
表IXに示す構成の第２の態様のアクチュエータIVを以下の方法により作製した。アクチュエータIVは、図５に示すアクチュエータ１２Ｂと同様の積層構成である。ただし、図５においては、配線部絶縁パターン層の図示は省略されている。
表IXに示す構成の第２の態様のアクチュエータIVを以下の方法により作製した。アクチュエータIVは、図５に示すアクチュエータ１２Ｂと同様の積層構成である。ただし、図５においては、配線部絶縁パターン層の図示は省略されている。
【0226】
アクチュエータIVにおける第１の電極、圧電体層及び配線部絶縁パターン層は、アクチュエータIと同様に作製した。
【0227】
振動板における、第１層を、Ｐｄターゲットを用いて、室温において０．５Ｐａのアルゴンガス中、２００Ｗの高周波電力で３０分間形成することにより得た。振動板における、第２層を、Ｃｒターゲットを用いて、室温において０．５Ｐａのアルゴンガス中、２５０Ｗの高周波電力で５０分間形成することにより得た。
【0228】
振動板における、第３層を、ＡｌＮターゲットを用いて、室温において０．５Ｐａのアルゴンガス中、２５０Ｗの高周波電力で５５分間形成することにより得た。振動板における、第４層を、Ａｌ２Ｏ３ターゲットを用いて、室温において０．５Ｐａのアルゴンガス中、２５０Ｗの高周波電力で１００分間形成することにより得た。
【0229】
基板をプラズマエッチング法により除去し、絶縁保護層を、アクチュエータＩと同様に作製した。
【0230】
【表9】
【0231】
［比較例１］
表Ｘに示す構成の比較例のアクチュエータＣｆ－Ｉを以下の方法により作製した。アクチュエータＣｆ－Ｉにおける第１の電極、圧電体層、配線部絶縁パターン層及び第２の電極は、アクチュエータＩと同様に作製した。
表Ｘに示す構成の比較例のアクチュエータＣｆ－Ｉを以下の方法により作製した。アクチュエータＣｆ－Ｉにおける第１の電極、圧電体層、配線部絶縁パターン層及び第２の電極は、アクチュエータＩと同様に作製した。
【0232】
振動板における、第１層を、ＴｉＮターゲットを用いて、室温において０．５Ｐａのアルゴンガス中、２５０Ｗの高周波電力で９０分間形成することにより得た。振動板における、第２層を、ＡｌＮターゲットを用いて、室温において０．５Ｐａのアルゴンガス中、２５０Ｗの高周波電力で５５分間形成することにより得た。振動板における、第３層を、ＳｉＮターゲットを用いて、室温において０．５Ｐａのアルゴンガス中、２５０Ｗの高周波電力で９０分間形成することにより得た。
【0233】
基板をプラズマエッチング法により除去し、絶縁保護層を、アクチュエータＩと同様に作製した。
【0234】
【表10】
【0235】
［比較例２］
表XIに示す構成の比較例のアクチュエータＣｆ－IIを以下の方法により作製した。アクチュエータＣｆ－IIにおける第１の電極、圧電体層、配線部絶縁パターン層及び第２の電極は、アクチュエータIと同様に作製した。
表XIに示す構成の比較例のアクチュエータＣｆ－IIを以下の方法により作製した。アクチュエータＣｆ－IIにおける第１の電極、圧電体層、配線部絶縁パターン層及び第２の電極は、アクチュエータIと同様に作製した。
【0236】
振動板における、第１層を、Ａｌ２Ｏ３ターゲットを用いて、室温において０．５Ｐａのアルゴンガス中、２５０Ｗの高周波電力で４２分間形成することにより得た。振動板における、第２層を、ＳｉＯ２ターゲットを用いて、室温において０．５Ｐａのアルゴンガス中、２５０Ｗの高周波電力で９０分間形成することにより得た。振動板における、第３層を、ＺｒＯ２ターゲットを用いて、室温において０．５Ｐａのアルゴンガス中、２５０Ｗの高周波電力で８０分間形成することにより得た。振動板における、第４層を、ＭｇＯターゲットを用いて、室温において０．５Ｐａのアルゴンガス中、２５０Ｗの高周波電力で１０５分間形成することにより得た。
【0237】
基板をプラズマエッチング法により除去し、絶縁保護層を、アクチュエータＩと同様に作製した。
【0238】
【表11】
【0239】
［変位量の評価（１）］
上記で作製した実施例及び比較例のアクチュエータは、上記アクチュエータをインクジェットヘッドに組み込んで使用する際の同一の想定駆動周波数と、インクを充填した際のアクチュエータ振動板の固有振動数が一致するように設計されている。変位量の評価は、アクチュエータ単体に、ヘッド駆動周波数をインクが充填されていない系に補正した補正共振周波数からなる駆動電圧を印加し、その際のアクチュエータの微小な変位量［ｎｍ］をレーザードップラー振動計で直接に測定することで比較した。
上記で作製した実施例及び比較例のアクチュエータは、上記アクチュエータをインクジェットヘッドに組み込んで使用する際の同一の想定駆動周波数と、インクを充填した際のアクチュエータ振動板の固有振動数が一致するように設計されている。変位量の評価は、アクチュエータ単体に、ヘッド駆動周波数をインクが充填されていない系に補正した補正共振周波数からなる駆動電圧を印加し、その際のアクチュエータの微小な変位量［ｎｍ］をレーザードップラー振動計で直接に測定することで比較した。
【0240】
具体的には、全アクチュエータの変位量［ｎｍ］の平均（水準間平均）に対する各アクチュエータの変位量の増大％を以下の式（Ｉ）で求め、以下の評価基準で評価した。結果を表XIIに示す。
式（Ｉ） （変位量－変位量の平均）／変位量の平均×１００
式（Ｉ） （変位量－変位量の平均）／変位量の平均×１００
【0241】
（評価基準）
◎：５％以上
〇：０％以上５％未満
×：０％未満（マイナス）
◎：５％以上
〇：０％以上５％未満
×：０％未満（マイナス）
【0242】
【表12】
【0243】
表XIIから分かるように、本発明の実施例はいずれも同じ駆動周波数条件において、比較例に対し優れた変位特性を示した。
【0244】
［実施例５］
さらに、実施例で示したアクチュエータIVを例にとり、本発明のアクチュエータにおいて、振動板の第１層に白金族金属を用いた構成が圧電体の劣化を低減させることを以下のとおり評価した。
さらに、実施例で示したアクチュエータIVを例にとり、本発明のアクチュエータにおいて、振動板の第１層に白金族金属を用いた構成が圧電体の劣化を低減させることを以下のとおり評価した。
【0245】
アクチュエータIVと比較するためアクチュエータIVにおいて、振動板の第１層の構成材料をＰｄからＴｉに変更したアクチュエータＶを以下のように作製した。さらに、この構成の相違がアクチュエータの還元性劣化に与える影響を評価した。
【0246】
なお、ＰｄとＴｉは、ヤング率が比較的近く（Ｐｄ：１２１ＧＰａ、Ｔｉ：１１６ＧＰａ）、電気抵抗率も同程度（バルクの抵抗率はどちらも１００ｎΩ・ｍのオーダーであり、Ｐｄ：１０５ｎΩ・ｍ、Ｔｉ：４２０ｎΩ・ｍ）であることから、第２の態様のアクチュエータにおける１層目を導体とした振動板の構成材料としては、基本機能においてほぼ等価な材料であるが、白金族金属に類されるパラジウムと、チタン族に類されるチタンでは標準電極電位に相違がある（Ｐｄ：＋０．９８７Ｖ、Ｔｉ：－１．６３０Ｖ）。
【0247】
具体的には、表XIIIに示す構成の第２の態様のアクチュエータＶを以下の方法により作製した。アクチュエータＶは、図５に示すアクチュエータ１２Ｂと同様の積層構成である。ただし、図５においては、配線部絶縁パターン層の図示は省略されている。
【0248】
アクチュエータＶにおける第１の電極、圧電体層及び配線部絶縁パターン層は、アクチュエータＩと同様に作製した。
【0249】
振動板における、第１層を、Ｔｉターゲットを用いて、室温において０．５Ｐａのアルゴンガス中、２００Ｗの高周波電力で３０分間形成することにより得た。振動板における、第２層を、Ｃｒターゲットを用いて、室温において０．５Ｐａのアルゴンガス中、２５０Ｗの高周波電力で５０分間形成することにより得た。振動板における、第３層を、ＡｌＮターゲットを用いて、室温において０．５Ｐａのアルゴンガス中、２５０Ｗの高周波電力で５５分間形成することにより得た。振動板における、第４層を、Ａｌ２Ｏ３ターゲットを用いて、室温において０．５Ｐａのアルゴンガス中、２５０Ｗの高周波電力で１００分間形成することにより得た。
【0250】
基板をプラズマエッチング法により除去し、絶縁保護層を、アクチュエータＩと同様に作製した。
【0251】
【表13】
【0252】
［変位量の評価（２）］
アクチュエータIV及びアクチュエータＶに所定の電圧を印加した際の変位量を、上記変位量の評価（１）の方法と同様のレーザードップラー振動計による直接測定で評価した。結果を、表XIVに示す。第２の態様のアクチュエータにおける振動板の構成材料としてほぼ等価な材料であり、アクチュエータIV及びアクチュエータＶはともに、振動板を構成する全層のヤング率が好ましい範囲で形成されていることから、ともに良好な変位を示した。
アクチュエータIV及びアクチュエータＶに所定の電圧を印加した際の変位量を、上記変位量の評価（１）の方法と同様のレーザードップラー振動計による直接測定で評価した。結果を、表XIVに示す。第２の態様のアクチュエータにおける振動板の構成材料としてほぼ等価な材料であり、アクチュエータIV及びアクチュエータＶはともに、振動板を構成する全層のヤング率が好ましい範囲で形成されていることから、ともに良好な変位を示した。
【0253】
【表14】
【0254】
［耐熱性の評価］
アクチュエータIV、及び振動板の第１層をＴｉに置き換えたアクチュエータＶを、それぞれ６０℃の条件下に留置し、パルス電圧（１５Ｖ印加、デューティ比０．２、周波数１００ｋＨｚ）を連続印加し、耐久性試験を行った。
アクチュエータIV、及び振動板の第１層をＴｉに置き換えたアクチュエータＶを、それぞれ６０℃の条件下に留置し、パルス電圧（１５Ｖ印加、デューティ比０．２、周波数１００ｋＨｚ）を連続印加し、耐久性試験を行った。
【0255】
耐久性の評価は、一定時間ののちにアクチュエータを取り出し、アクチュエータをコンデンサとみなした場合の静電容量を、ＬＣＲ測定によって比較した。結果を表XVに示す。
【0256】
１０時間を超える時系列データのすべてにおいて、振動板と圧電体層の境界に位置する振動板第１層に、白金族金属であるＰｄが用いられているアクチュエータIVの静電容量の低下率は、振動板と圧電体層の境界に位置する振動板第１層に、チタン族であるＴｉが用いられているアクチュエータＶの低下率を下回っていた。
【0257】
静電容量の低下は、電極に挟まれた誘電体である圧電体の誘電率が見かけのうえで低下したことを示すことから、耐久性試験を通してより静電容量が低下したアクチュエータＶでは、圧電体の電極に近接した領域において、圧電体から振動板第１層のＴｉ層に酸素が引き抜かれ、わずかながら導電性が高まった領域が形成された結果とみられる。
【0258】
しかしながら、アクチュエータIVは振動板と圧電体層の境界に位置する振動板第１層に、白金族金属であるＰｄが用いられていることから、圧電体と振動板との界面・層間における酸素の拡散が抑えられ、圧電体層の還元性劣化を抑制することができており、リーク電流のおそれをはじめとするアクチュエータとしての信頼性が高まることから、第２の態様のアクチュエータにおいて、振動板の第１層が白金族金属を含む場合、圧電体の還元性劣化を防ぐことができるという点でより好ましいことが確認された。
【0259】
【表15】
【符号の説明】
【0260】
１１Ａ、１１Ｂ 第１の態様のアクチュエータ
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ 第２の態様のアクチュエータ
１ 圧電体層
２ 第１の電極
３ 第２の電極
４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ 振動板
４１ａ、４１ｂ 第１層
４２ａ、４２ｂ 第２層
４３ａ、４３ｂ 第３層
４４ａ、４４ｂ 第４層
５ 絶縁保護層
６ 基板
７ 貫通部
８ 駆動回路
１００ インクジェットヘッド
７０ 圧力室
５１ 本体基板
５２ ノズル基板
６０ ノズル
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ 第２の態様のアクチュエータ
１ 圧電体層
２ 第１の電極
３ 第２の電極
４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ 振動板
４１ａ、４１ｂ 第１層
４２ａ、４２ｂ 第２層
４３ａ、４３ｂ 第３層
４４ａ、４４ｂ 第４層
５ 絶縁保護層
６ 基板
７ 貫通部
８ 駆動回路
１００ インクジェットヘッド
７０ 圧力室
５１ 本体基板
５２ ノズル基板
６０ ノズル
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】